mmu2.uctm.edummu2.uctm.edu/depts/mcm/E-library/Праховата металургия в... · УДК 621.762:621 П В книгата са разгледани ръп- . росите,

ПРАХОВАТАМ ЕШ УРГИЯ В ПИШИНОСТРОЕНЕТО

К .Х .Н . инж. ДИМИТЪР К. ЛАМБИЕВ к.т.н. инж. ДИМИТЪР М. КОЛАРОВ

и */ * I УС

СОФИЯ * 1973ДЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО • Т Е Х Н И К А •

УДК 621.762:621

П

В книгата са разгледани ръп- . росите, свързани със съвремен­ното състояние на теорията и практиката на праховата металур­гия. Дадени са методите за по­лучаване и формуване на метал­

ичните прахове и за спичане на ДГраховометалургичните изделия. ^Описани са праховометалургич-

ните материали и изделия, наме­рили приложение в машинострое­нето благодарение на специфич­ните си механични и физикохи­мични свойства—филтри, изделия със сложна конфигурация, твър­ди сплави, фрикционни, анти- фрикционни, високотемператур­ни, електротехнически и магнит­ни материали и изделия.

т В книгата са изтъкнати по­следните постижения и са посо­чени перспективите за развитието

* на праховата металургия. Отбеля­зани са и успехите в тази област, постигнати в нашата страна.

Книгата е предназначена за инженерите и техниците, работе­щи в областта на праховата ме­талургия, но може да се изпол­зува и от учащите се в техни­ческите висши учебни заведения и в техникумите от съответните специалности.

€69

У В О Д

, Праховата металургия е промишлен метод за получаване на метални и металоподобци--мазериали_и_ на изделия о т _ д т Г Съш£

~ ствената осоОеност на Граховата металургия, която я различава i от другите методи, е възможността тези материали и изделия да

се получават, без да е необходимо да се стопява веществото,.Този метод — колкото древен, толкова и нов — се разви осо­

бено интензивно през нашия век. В древността, когятп са разполагали с високотемпературни агрегати, те ля-иапалауМали този начин за получаване на редица-^изделиа-, По-къс но, с разви­тието на другите начини за получаване на метални изделия (лее­не, коване, щамповане, механична обработка), праховата металур­гия била изоставена. Едва в края на миналия век, когато необхо­димостта от материали с повишени физико-механични свойства рязко нараснала, праховата металургия започнала своето ново развитие.

I / За родоначалник на съвременната прахова металургия се счита V/ руският учен Соболевски, който през 1827 г. е получил за . пръв

път платинови изгтрттнд (ипирти) поь-лрахввометалургичен път [1].' Значително промишлено рязяитир ня прахпва,та_металургия -'-обаче, настъпва едва след като успешно се ряярр.п.т..шшрг)сът за долу-, чаване на изделия от—трудно.тодими мехали*. По това време — на­чалото на нашия век, нуждата от такива изделия е ^ила вече твърде голяма, а получаването им по други методи е било не­възможно. По-натагьдшетсг-развитие на праховата металургия се обуславя от нейните значителни успехи при получаването на ма­териали с нови свойства и ^а изделия от тях, необходими за про­мишлеността— порести лагерни втулки,псевдосплави за контактни материали, твърди сплави, магнитни материали идр. (табл. 0.1).

Сегашното бурно развитие на праховата металургия в научно, технологично и промишлено отношение се обуславя именно от факта,

3

Т а б л и ц а 0.1

Периоди на развитие на съвременната прахова металургия [I]

Периоди на развитие Характерни черти на периода

1827— 1831 г.

1878— 1880 г. 1900 г.1900-1919 г.

1909 г.

1909 г. 1914— 1917 г.

1917— 1921 г.

922— 1926 г.1934-1941 г.1935— 1944 г.

1944— 1946 г.

Работи по получаването на праховометалургични изде­лия от платина. Изработване за пръв път на метало- керамични платинови монети

Сплави за щампи, различни изделия от метални стружки Производство на металовъглени изделия Изработване на изделия от труднотолими метали (вол­

фрам, молибден)Първи работи по изучаването на [бинарни праховоме­талургични системи

Порести лагерни втулкиСпечени карбиди на труднотопимите метали ^ С , ИС,

ТаС и др.) без използуване на цементиращи метали Псевдосплави за контактни материали (V/—Си, Мо—Си,

—Ай и др.)Металокерамични твърди сплави Произвеждане на спечени магнити Масово изработване на детайли за машиностроенето на

основата на черни и цветни метали Изработване на изделия от различни легирани стомани

че усъвършенствуването на новата техника (самолето- и ракето- строене, атомна и други видове енергетика, машини и механизми с високи работни параметри) изисква непрекъснато създаване на нови материали. Повечето от тях могат да бъдат произведени само по прахометалургичен начин.

За съвременното развитие на праховата металургия в промиш­лено отношение може да се съди по данните за средния темп на нарастване на производството на праховометалургични изделия. В САЩ за периода 1956— 1965 г. нарастването е 20 % [2],вГФР за пе­риода 1959—1965 г .— 15% [2], в Япония за същия период—50%[3].

Постигнатите успехи в създаването на нови материали и изде­лия по праховометалургичен път се дължат до голяма степен на интензивната научноизследователска дейност. За тази дейност го­ворят следните данни: в света броят на научните публикации в областта на праховата металургия през периода 1946—1955 г. е около 12 000, през следващото десетилетие той е 20000 , а през следващите само 4 години (1966—1969 г.) са публикувани около 12 000 работи [4].

4

В нашата страна научната и технологичната дейност е съсре доточена в Научноизследователския и технологичен институт по металокерамика (НИТИМ) в София. За периода 1967—1971 г. от специалистите на НИТИМ са публикувани над 130 научни и тех­нологични трудове и са получени над 30 авторски свидетелства. Това създава предпоставка за рязко увеличение на промишлено­то производство на праховометалургични изделия у нас.

Както се каза в началото, праховата металургия е промишлен метод за получаване на метални и металоподобни материали и на изделия от тях, без да е необходимо стопяване на материала. Основни­те технологични операции в праховата металургия са следните:

а. Получаване на метални прахове с необходимите физикохи­мични и технологични свойства.

б. кормуване на праховете в желана форма. Обикновено това става чрез пресоване. Получените „сурови“ изделия са порести, като броят и големината на порите могат да се изменят в широ­ки граници.

в. Термична обработка (спичане) на формуваните изделия.-.в_ безкислородна газова среда при температури, по-ниски от те^пе-

извършва.лри-темдература от порядъка 0.5 Т7 (Тт — температу­ра на топене на основния компонент, °К). При тази обработка пп правило физикт!-мруяничнитр гнпйгт^я (плътност, якостни показа­тели, твърдост и др.) се повишават, а порестостта й линейните размери се намаляват. При подходящи условия физико-механич- ните показатели могат да достигнат тези на компактния (безпо- рестия) метал.^ '" ’Описаните технологични операции до голяма степен са анало-

' гични на тези в керамичното производство. Поради това прахо- ^ вата металургия се нарича и с друго име — металокерамика.

Специфичната технология на праховата металургия даваИвъз- можност да се получат такива материали и изделия, каквито е трулно- я често пъти и невъзможно дал^лходучат по други ме­тоди (леене, коване, щашшване_и_-механична обработка), при кои- то~стопяването на метала е необходима операция в цялостния технологичен цикъл. По-голям интерес от тези материали и и з д ^ лия представляват следните:

1. Порести метални изделия.2. Псевдосплави — метални композиции^от две или повече ве­

щества*. взаимно неразтворими както в твърдо, така и в течно състояние.

3. Кермети — композиционни материали от метал и керамика.

5

4. Метали, сплави и съединения с висока температура на то­пене (труднотопими метали, сплави и съединения).

5. Антифрикционни и фрикционни материали.6. Праховометалургични конструктивни детайли.7. Праховометалургични метални листове и ленти.Сегашните успехи на праховата металургия при получаването

на горните видове материали и изделия са описани в редица об­зорни статии и монографии [4—16]. Трябва да се отбележи обаче, че наред с извънредно ценните си предимства праховата металур­гия има и редица съществени недостатъци, които е необходимо да се имат пред вид при организиране на металокерамичното производство [17]. Най-важните от тях са следните:

1. Себестойността на металните прахове е значително по-висо­ка от тази на летите метал^, п ри това колкото, по-евтин _е мета­лът, толкова по-голяма е относителната разлика в себестойностите на праха и летия метал. Например цената на железния прах, по­лучен чре1Г редукция на железни окиси, е 2—3 пъти по-висока от цената на лятата стомана, докато медният прах, получен чрез електролиза, е само с 50—60% по-скъп от лятата мед. Причина за това е фактът, че загубите за получаване на определено коли­чество прах (1 или 1 N[g) са съизмерими при различните ме­тали. Поради това колкото е по-евтин металът, толкова повече отно­шението между себестойностите на праха и летия метал е по-голямо. г 2. Метялокерамичните излелия се формоват предимно чрез пресоване в пресформи. За всеки^зид изделия е^необходима специал­на пресформа, която представлява комплект от детайли, много точни по размери й конфигурация. Високата цена на пресформата се от­купува само _ при _ масово производство. Поради това единичното или^ребносерийното производство е икономически неизгодно. Освен това по праховометалургичен път не могат да се изработ­ват ед р о га б а р и тн и изделия и изделия с много сложна форма. По този метод се получават предимно дребни изделия, чиято форма дава възможност след пресоването да могат да се изваждат лес­но от пресформата.

^3. Много металокерамични материали и детайли, получени по ховометалургичен път, имат сравнително ниски механични свой- чвй^Ч^обено по отношение на пластичността и якостта на удар.

Това ограничава тяхното използуване при ударни и огъващи на товарвания и при натоварвания на опън. Обаче използуването на специални методи на обработка, например двойно пресоване спичане или пропиване на порите с течен метал, в повечето с " чай дава възможност значително да се повишат тези свойстг

6

П Ъ РВ А ЧАСТ

П О Л У Ч А В А Н Е НА П Р А Х О В О М Е Т А Л У Р Г И Ч Н И М А Т Е Р И А Л И И И З Д Е Л И Я

ГЛАВА 1

ПОЛУЧАВАНЕ НА MEfAЛHИ ПРАХОВЕ :

Металните прахове са изходната суровина за праховометалур- гичното производство. Техните свойства, както и тяхната себе­стойност определят до голяма степен качествата, ефективността и рентабилността на праховометалургичните изделия. Поради това, подобряването на съществуващите методи и създаването на нови по-високопроизводителни и икономични методи за получаване на метални прахове с контролируеми свойства е един от възловите въпроси в праховата металургия.

Методите за получаване на метални прахове могат да бъда„т разделени на две големигругш. Към първата група спадат мето­дите. ппи които—чя изурден материал се използува компактен метал или сплав. Чрез подходящо физйчно въздействие металът

гат да се нарекат физични. Във втора Група .чупттрнмятепиял гр идпплзуият метални гъепиненрш (окиси, соли и т \ предварително доведени в прахоо&разнсГсъстояние. Чрез хим иуоЛв^зярйгтнир г П0 ЯУ0 ЯЯ1Т1И ррягрнти ТРЗИ г^рпинрння гр пррврьтттятв метален прах. Този вид методи се наричат химични.

1.1. Физични методи

методи широко приложение са намерили дваметода: ьщханично смилане на твърди метали и сплави и. ван^- на стопени метали и ^ п л я в ‘

ш

1.1.1. Механично смилане на твърди метали и сплави

- Смилането на металите и сплавите се извършва чрез механич­но въздействие върху компактния метал, при което се преодоля­ват неговите сили на сцепление и той се руши по границите на

\ зърната.-Смилането се извършва в различни агрегати. Най-широко \ приложение са намерили топковите, вихровите и вибрационните

мелници. " 'В топковите мелници смилането се извършва за сметка на

енергията' на движещи се стоманени или чугунени топки. Общо- ,то във всички видове конструкции на топковите мелници е налич­ността на въртящ се барабан, в който се поставят материалът за смилане и топките (фиг. 1.1). Принципът на работа на топковата мелница е~следният: при въртенето на барабана топките се изди- ’гат нагоре и при падането си надолу раздробяват метала. Съще-

*ствен показател при тези мелници- е ъгловата скорост на барабана, тъй като при много малка скорост„тошш.те се търкалят па_бара- бана, без да се издигат, а при достатъчно голяма скорост вслед­ствие на центробежните сили топкит.е__„залепват“ до стените на барабана и се въртят заедно-с _ него. Следователно броят на обо­ротите на барабана^ п,- както и диаметърът на барабанаО трябва да се подберат така, че да се осъществи интензивно разместване на топките една спрямо друга и спрямо барабана:

където 1г е постоянна величишь При &=42,4 оборотите на бара* бана стават критични (&кр) и топките „залепват“ за стените му. Обикновено оптималните обороти се получават при £ = 25—30.

Фиг. 1.1. Схема на топкова мелница

( 1.1)

Опитно определените оптимални барабан с диаметър

0,1 ш например са 120 о б /т т , а за барабан с диаметър 1,5 т — 30 о б /т т [1].

Обикновено в топковите мелници се смилат само крехки, не- пластични метали и сллави (силиций, манган, хром и др.). Могат да се смилат и някои пластични метали (например желязо), ако в

Фиг. 1.2. Схема на вибрационна мелница

процеса на смилането те стават крехки поради наклепване или в случай че тези метали могат да бъдат направени непластични по изкуствен начин (например чрез насищане с водород). При лесно- окисляеми метали (берилий, манган) смилането трябва да се из­вършва в инертна газова (азот, аргон) или течна среда.

Чрез смилане_в топкови мелници могат да се получат много фино дисперсни метални~~прахове (едрина "на частиците до ня­колко цш), което е дяжнп предимство ня този ВИП у ^лнмш.

Значително по-голяма'производителност имат. вибрационните м елнщ ц. Основната разлика между тях и топковите мелници е тази^ че разместването на топките в този случай се извършва не под пейртйиет?Гня~ въптенето~на~5арабада-.а от неговото вибрира­не. На фиг. 1.2 е дадена схемата на такава мелница. Вибрациите яа барабана се предизвикват от вибратора В случая вибраторът е ексцентри к о в _вал, който се задвижва ох£лектрддви£ахел, "лежащ' на два лагера. Вибрациите на барабана са от 1500 до 3000.в миг. нута, а амплитудата им е 2—3 гпш. Самата мелница е поставена на спирални пружини. Обемът на "барабана се запълва до 80 % с материал и топки. Отношението между обема на_. материала и на топките е 0,10—0,12,

В праховата"металургия са намерили приложение вибрацион­ните мелници, сдйем на барабана до 0,25 т 3 (0,6; 6; 50; 125; 250 dm3) [2]. С вибрационните мелници могат да се получават прахове с едрина 20—Ш [лп. О бж ^елоетатък на вибрационните и топкови­те мелнйщГе~замърсяването на получените, прахове от. материала-

9

натопките и на барабана, които също частично се разрушават в процеса на смилането. ~ : "■

Вихровите мелници имат две съществени предимства спрямо топковите и вибрационните мелници. При тях замърсяването на

получения прах от изтриването на материала на мелницата е значително по-малко. От друга страна, във вихровите мелници могат да се смилат и пластич­ни метали (желязо, легирани сто­мани, мед, алуминий, сребро). Затова те са получили по-широ­ко приложение. Процесът на по­лучаване на метални прахове във вихрови мелници е извес­тен и под наименованието хаме- хап-дрпцрх- '

Схема на вихрова мелница е показана на фиг. 1.3. Тя се състои от метална камера 1, която е облицована с износо­устойчива стомана. В камерата се въртят с голяма скорост (^3000 об/шт) два пропелера, които създават вихрови газови потоци. Металът от бункера 3, предварително грубо раздробен по някакъв начин, се увлича от вихровите потоци в камерата, където частиците се удрят ед­на в друга и се раздробяват до размери 50—200 [ш. С венти" латора 6 в "камерата се нагне­тява гбз, който увлича фйните

частици и ги пренася в циклона 5, където те се отлагат; грубите частици остават в бункера 4, откъдето попадат обратно в работ- ната камера за допълнително смилане. _В процеса на смилането металните частици се нагряват и окисляват,~ "което може да до­веде до самозапалване на праха. За да се избегне това, кожухът |! ня мр.ттнип.итр гр пу.ттяжпг} г ипття, в работната камера се~поля~- ва инертен газ (азот) вместо въздух.

Освен ойясаните мелници за получаване на метални прахове

Фиг. 1.3. Схема на вихрова мелница:2 — работна камера; 2 — пропелери; 3 и 4 — бункери; 5 — циклон; — 6 вентилатор

ю

са намерили частично приложение и други видове мелници — пръ-тови. чукови. дискови, планетарни и до. По принципа си на ;дей ствие те не се различават значително от топковите и вихровите Подробно описание на конструкцията и начина на тяхното дей­ствие може да се намери в техниче­ската литература [3].

Общите недостатъци на всички методи на механично смилане са ни- Скятя производителност и зна^ител-

ва получените прахове имат висока себестойност., Кто защо относител­ното количество на праховете, полу­чени изцяло чрез механично смила­не, в общия баланс на производството на метални прахове е малко. Обаче механичното смилане,,., се използува

йологични операнда т .другите „ме­тоди за получаване ,д&, жетални пра­хове. ~

ф

1.1.2. Разпрашаване на стопени

Фиг. 1.4. Агрегат за разпраша­ване на течни метали и сплави

с газове:1 — тигел; 2 — течен метал; 3 — ме­тална струя; 4 — отвор на метала; 5 — газова струя; 6 — дюза; 7 —

пръстеновиден канал; 8 — бункер

метали и сплави

При тези методи струя от течен метал се разпрашава (диспергира) от кинетичната енергия на струя от_газ— или течност иди_01_въртяща се тур- ЙинаГ Потози начин може да се по­лучи метален прах и чрез обикновено изливане ^ а тънка метална струя в течност — т. нар. метод на гранулация.

Сравнително най-широко приложение е намерил методът на разпрашаване с газове. Принципното устройство на агрегат за разпрашаване с газове е показано на фиг. 1.4. В нагрявания ти­гел / се излива стопеният метал 2, който изтича във вид на тън­ка струя 3 през отвора 4. При срещата на металната струя 3 с газовата струя 5 металът се разпрашава. Газовата струя се съз­дава от дюзата 6 и пръстеновидния канал 7. в който се подава газът под налягане. Полученият прах се събира в бункера 8, кой-

А 11

то е запълнен с вода. В литературата [4—10] са описани подроб­но немалък] брой различни по конструкция агрегати за разпра- шаване.

Формата и размерът на частиците на разпратения прах зави­сят от редица фактори: температура на метала, диаметър на ме.

Таблица 1.1Някои технологични параметри при разпрашаването на течни метали и сплави [2, 70, 75]

Пара­метър

Температу­ра на теч­ния метал

Тм

Диаметър на метал­

ната струя D м

Скорост на метал­на струя

V м

Скорост на газова­

та струя V г

Дебит на га­зовата струя

Wг

Налягане на га­зовата струя

Р т

Изме­рение °с mm m/s m/s m3/s MN/m2 at

Стой­ност

Т = Р ~ +-м т •+ (1 5 0 -2 5 0 )

5— 10 0,5— 1,5 100—450 0,05— 0,15 0,3—0,6 3 - 6

1 Гт — температура на топене.

талната струя, скорост на металната струя, скорост и дебит на газовата струя, респ. налягане на подавания газ. В табл. 1.1 са дадени стойностите на тези параметри, при които се извършва обикновено разпрашаването. В случай че Тм, vT , w r и р г имат високи стойности, a D„ и vm — ниски, се създават условия за получаване на финодисперсен прах. На фиг. 1.5 е показано влия­нието на някои от тези параметри върху едрината на праха. От особено значение за стабилния режим на разпрашаването и за дисперсността на получения метален прах са динамичните пока­затели на газовата струя, респ. геометрията на дюзата. Предло­жени са многобройни конструкции на дюзи [11— 16], някои от които са показани на фиг. 1.6.

Друг_ метод яа-раапрашаване е т. нар. центробежно разпраша- ване. Схемата на агрегата, в който то се~ изв’ЕрШвз* е показана на фиг. 1.7. Тънка метялня гтруя (диаметър 6—8 ram) се уи^ичя с вода, която се подава под наляганеГ"И иипада на^въртящ се Писк. където се разпратттявя пт нп-ш-пвртр на диска. Има' съзла-

-•дентг няколко вида конструкции на такива агрегати [17— 19]. В

12

о 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Среден размер на части­

цит е,тт

Фиг. 1.5 а. Влияние на налягането на газа (ог ) върху гранулометричния състав на разпратена 1 желязно-нике-

лова сплав'[70]:1 — налягане 0,15 ЛШ /та (1,5 а1); 2 — 0,25

(2,5); 3 — 0,4 (4,0); 4 - 0.5 ЛШ /т2 (5,0) Ш

Фиг. 1.5 б. Влияние на’'температура- та на метала (Тм) върху грануло­метричния състав на разпратена

желязна сплав [70]:1 — температура на метала 1570°С;

2 — 1650°С; 3 - 1720°С

Фиг. 1.6. Някои видове дюзи, използувани при разпрашаване на теч­ни метали исплави с газове

СССР този метод носи името на Силаев, който основно го е раз­работил. В някои западни страни методът е познат под назва­нието БРО.

Фиг. 1.7. Агрегат за центробежно разпрашаване на течни металии сплави:

1 — нагреваем тигел; 2 — пръстеновиден канал с конусни отвори за подаване на вода; 3 — бункер с наклонен под; 4 — въртящ се диск; 5 — електродвигател;

6 — носеща рама

14

При един метод на разпрашаване се изхожда не от течен, а от твърд^мехад (обикновено под формата на тел). Схематично та­къв агрегат е показан на фиг. 1.8. Металният прах се получава, като краищата~ на7два тела се разтопяват от образуващата се

3

Фиг. 1.8. Схема на метализатор:

1— метална жица; 2 — ролки; 3 — електродвигател; 4 — направляваща пластинка; 5 — тръба за подаване на газа;

' 6 — съд с вода за събиране на праха

между тях волтова дъга и полученият течен метал се разпраша- ва със сгъстен въздух. Двата тела 1 (диаметър 1,5—2,5 гага) се подават с постоянна скорост (0,7—4,5 т/ш ш) с помощта на рол­ките 2, които се задвижват от електродвигателя 3. Направлява­щите пластинщ 4 изпълняват двойна роля: те събират двата те­ла в една точка и иьГподават електрически ток с напрежение около 40 V. Благодарение на това в точката на дониртге-се—съз­дава "волтова дъга. Сгъстеният въздух, който разпрашава метала, се подава от тръбата 5 с налягане 0,2—0,6 М И /т2 (2—6 а!) и дебит над 60 т 3/з. Описаните агрегати се използуват както за получаване на метални прахове, така и за метализиране на неме­тални повърхнини. Затова те са познати и под името метализато- ри. В СССР тези метализатори имат широко приложение и се произвеждат серийно (напр. агрегатът ЗМ-6). Подробно са описа­ни [20] и други видове метализатори. които се основават на ана­логичен принцип:гМетализаторите се използуват за получаване- на прахове от желязо, никел и др. [13] със сферична форма на ча­стичките за^йроизводството на металокерамични филтри. НедсГсТа- * тък на този вид агрегати по отношение~на другите разпрашители

15

е, че в случая изходната суровина трябва да е под формата нател, чиято себестойност е сравнително .висока. ___ “— ■

Общо взето715аЗпр"ашаването на течни "метали и сплави е един от най-разпространените методи за получаване на метални прахо-

Нонтрол и опаковане

Фиг. 1.9. Цялостен технологичен цикъл при получаването на метални прахове чрез разпрашаване

ве. Преди всичко тойсе отлдзава-в~-висока производителност. Един агрегат със сравнително неголеми размери може да осигури получаването на стотици килограми метален прах в час.

От друга страна, по този метод лесно се получават високоле-гирани метални прахове чрез разпрашаване на съответните спла­ви, което при другите методи е значително по-трудно, а поняко­га и невъзможно.

Праховете, получени чрез разпрашаване, обикновено имат сфе­рична форма на частиците; те са достатъчно финодисперсни и със задоволителни технологични свойства (пресуемост и спекае- мост). По тези показатели обаче те отстъпват на праховете, по­лучени чрез редукция и електролиза. Недостатък на праховете, получени чрез разпрашаване, е окислената повърхност на части­ците, особено когато разпрашавагцият агент е въздух. Ето защо тези прахове трябва да се подложат на редукционно отгряване. Освен това частиците на разпратените прахове са доста различ­ни по размери (от няколко (ira до няколко mm). Това налага те да бъдат сортирани на фракции чрез пресяване, като едрите фракции се смилат допълнително или се претопяват. Поради това в общия технологичен цикъл на разпрашаването (фиг. 1.9) се на­лага да се включат операциите отгряване, пресяване и смилане.

Разпрашаването е намерило широко приложение за получаване- на прахове от метали и сплави със сравнително ниска темпера­тура на топене (калай, олово, цинк, алуминий, сребро, мед, техни сплави, чугун). За по-труднотопимите метали и сплави използува­нето на метода се ограничава от липсата на огнеупорни материа­ли за разпрашителните агрегати и от заставането на металната струя преди срещането й с разпрашаващия флуид.

1.1.3. Кондензация ка метални пари

Методът е приложим за получаване на прахове от метали с високо парциално налягане на парите (цинк, магнезий, кадмий). Тези метали имат ниска температура на топене и интензивно се изпаряват и под температурата си на кипене. Ако така получените пари се кондензират на студена повърхност, получават се фини метални прахове със сферична форма на частиците.

По този метод се получава цинков прах в големи количества. В праховата металургия обаче праховете, получени чрез конден­зация, се използуват сравнително рядко. Причината е, че частици­те им са много финодисперсни и съдържат значителни количест­ва окиси. ’

2 Праховата металургия в мешиностро< л 17

1.2* Химични методи

От химичните методи широко приложение са намерили редук­цията на метални окиси и съединения, електролизата на метални соли и карбонилният метод. Химичните методи са по-малко ка­призни и по-лесно контролируеми в технологично отношенйе~не- зависймо от това, че процесите, които протичат, са по-сложни от тези при физичните методи. Обикновено в цялостния технологи­чен цикъл на химичните методи са включени и някои физични методи като допълнителни технологични операции. Това се «тна- ся особено до редукционните методи, при които е наложително механичното смилане на изходните суровини. Налага се да се смила и крайният продукт, който в редица случаи се получава под формата на спечена високопореста маса (т. нар. метална гъба).

1.2.1. Редукция на метални окиси и съединения

Редукционните методи на получаване на метални прахове се основават на химичната реакция

МеУ е метално съединение (окис, хлорид, флуорид);X редуктор. л ,

Редукторът е химичен елемент ил-и съединение, чието срод­ство къг.1 неметаЛа (У) е по-голямо от сродството на метала (Ме) към У. Тези методи са приложими в случаите, когато реакцията протича с достатъчно голяма скорост при температура, по-ниска от температурата на топене на метала.

Класическата редукция се провежда с метален окис, който сравнително лесно се смила предварително до желаната едрина, а след това се редуцира до метал с въглерод или някой газооб­разен редуктор (Н2, СО, дисоцииран МН3, конвертиран природен газ, дървени 'въглища, кокс, сажди и др.). В резултат на редук­цията се получават метален прах и продукти (С02, СО, водни шари и др.), които са газообразни и излитат в пещното простран­ство. Твърд продукт при редукцията е само металният прах. Су­марните химични реакции, които протичат, са следните:

МеУ+Х—Ме+ХУ, ( 1.2)

където

МеО(тв) + ^ 2(Г) ~Ме(тв) +НгО(г , (1.3)

18

<rb7 w a r te '-MeO(TB)+ C 0 (r)—*-Me(TB) -f-COg^, ■ (1-4)

МеО(тв) + С(тв) -f-CO(ry. (1 -5)

Протичането на тези реакции отляво надясно, т. е. към метал и Н20 (С0 21 СО), се определя главно от сродството (афинитета) на метала и на редуктора към кислорода. В случая е необходи­мо сродството на метала към кислорода да е по-слабо от срод­ството на редуктора към кислорода. Количествено разликата в афинитетите се измерва с изменението на термодинамичния по­тенциал на системата и може да се изчисли с помощта на зако­ните на химичната термодинамика [21—26]. Като изходни данни за такива изчисления служат зависимостите за изме­нението на стандартния термодинамичен потенциал (Дz°) от тем­пературата (7") за различните окиси (по-точно за реакциите 2Ме + 0 2—<-2МеО). Тези данни показват в същност как стабилност­та на даден окис се изменя от темпертурата. Колкото на даден окис при определена температура има по-отрицателни стой- ' ности, толкова този окис е по-стабилен при тази температура, т. е. толкова химичният афинитет на даден елемент към кисло­рода е по-голям. На фиг 1.10 са дадени зависимостите Дz°T — Т за редица окиси [24]. Въз основа на тях може да се предскажат * отнасянията на определен редуктор към даден метален окис, т. е. доколко реакцията между металния окис (МеО) и редуктора (X) е изтеглена надясно. Ориентировъчна представа за това дава ал­гебричната разлика Д ^ (Х0)— ÄZ/-(Meo) ( Д 2 Т ( Х 0 ) е изменението на стандартния термодинамичен потенциал за реакцията 2Х + Оа—*-2X0, а Лг“ (Ме0) — за реакцията 2Ме + 0 2—2МеО). Тази алгебрична раз­лика представлява в същност изменението на стандартния термодинамичен потенциал (Дг° (ред)) на редукционния процес (реак­ция 1,2— 1,5). Когато А2“ (ред) е отрицателна величина, реакцията е изтеглена надясно; при реакцията е равновесна, а при Дг° (ред) > 0 тя е изтеглена наляво.

Като пример да разгледаме редукцията на NiO, FeO и МпО при 950°С. При тази температура стойностите на А ^ (Ме0) за те­зи окиси са следните (вж. фиг. 1.10): Д££(Ш0)е — 261 (— 62), A*S-(F eo ,e -3 7 0 ( - 88), Д,г$.(Мп0) е - 5 9 2 ( - 142) и Дг°(Нг0) е - 3 6 6 (— 87) kJ/mol (kcal/mol). Стойността на А ^ (ред) (Д^пред) “= |Дг°(ХО;| — |Дг° (Ме0) |) за редукцията на NiO е — 105 (—25), на

19

FeO. е + 4(+0,95), а на MnO — f-^ o + 04) KJ/tüoi (kcal/mol). Следователно процесът на редукция на NiO е изтеглен надясно, на FeO е равновесен, а на МпО— изтеглен наляво. Това означа­ва, че ако поставим еквимолекулни количества NiO и Н2 в едно затворено пространство, нагрято до 950°С, и изчакаме достатъчно вр-еме, за да протече реакцията и достигне термодинамичното си равновесие, продуктите ще бъдат никел и водни пари. При същи­те условия при FeO ще са налице както Fe и Н20 , така и FeO и Н2 а при МпО ще имаме само МпО и Н2 Естествено същите продукти ще се получат, ако изходните вещества са не МеО и Н2, а Ме и Н20 .

Въз основа на А ^ ) могат да се направят и количествена изчисления до каква степен редукционният процес е изтеглен в една или друга посока. Това става с помощта на уравнението

R е универсалната константа;Т — абсолютната температура; kp — равновесната константа.

С помощта на уравнение (1.6) може да се изчисли kp при дадена Т Като се знаяг стойностите на kç и на общото наля­гане на газовите компоненти на реакцията, може да се изчисли равновесният състав на газовата среда, т. е. онзи състав, при който редукционният процес се намира в термодинамично рав­новесие и не протича нито наляво, нито надясно.

Като пример на горните изчисления да разгледаме редук­цията на FeO с Н2 при нормално налягане на газа — 0,1 MN/m2 (1 at), и температура 950°С. Както се показва по-горе, стойността на Дг£(ред) за тази реакция при 950°С е +4000 ( + 950) J/mol (cal/mol). Равновесната константа (kp ) се изчислява от уравнение (1.6). За удобство това уравнение може да се преобразува, като се премине от неутрален към десетичен логаритъм, а вместо R се постави числената й стойност — 8,317 J/(mol.deg). Тогава урав­нение (1.6) придобива вида

Д z%Т (ред) = —R T ln kp , (1.6)

където

Д 4 ( р е д ) = - 19-122 T l g k р (1.7)

ИЛИ

Ig^P - 19,122 Т 'à z °T (ред) ( 1.8)

20

Въз основа на уравнение (1.8) и данните за А ^ (РеД) ( + 4000 Л/то1) и Т (1223°К) за на редукцията на РеО с Н2 при 950°С получаваме стойността 0,67.

По определение равновесната константа ) представлява отношение на парциалните налягания (или концентрациите) на га­зообразните продукти на реакцията към парциалните налягания на изходните газообразни вещества на реакцията. В разглеждания случай, както и в повечето случаи на редукция на метални окиси окисът и металът са твърди вещества. Ето защо

к> = 7 ^ ' <'-9>където

/?н2о е равновесното парциално налягане на водните пари;Рнг — равновесното парциално налягане на водорода.

Въз основа само на уравнение (1.9) не могат да се изчис­лят поотделно стойностите на /?н2о и р^„. Необходимо е още ед­но уравнение, което да дава връзка между тези две величини. Това е сумата от парциалните налягания на газовите компоненти, която в случая е равна на общото налягане (р0б) на газовата среда:

Р» 2 +РНцО=Роб • (1.10)С помощта на уравнения (1.9) и (1.10) може да се изчисли, че

при редукцията на РеО с Н2 при 950°С равновесният състав на газа е 40 об.% водни пари и 60 об.% водород [/?Н2о = 40 к1Ч/т2 (0,4 а1:) и рн2 = 6 0 кМ /т2 (0,6 а1:)]. По аналогичен начин може да се изчисли равновесният състав на газа и при редукцията на други метални окиси с газоборазни редуктори. Необходимо е да се подчертае, че равновесният състав се изменя с температу­рата, тъй като А ^ (ред) се изменя с температурата (вж. фиг. 1.10). В литературата [21, 22, 25] има подробни данни за равновесния състав на газа при различни температури за редукцията на ре­дица метални окиси (железни, никелови, медни, волфрамови, мо- либденови и др.).

Равновесният състав на газа е основна характеристика от термодинамична гледна точка на даден редукционен процес. Той позволява да се предскаже при дадени условия (температура, налягане и състав на газа) в коя посока ще протече определен процес и каква е максималната част от редуктора, която може да се използува (тя представлява разликата между изходното и

21

равновесното парциално налягане на редуктора). Тоьф е така, тъй като всяка реакция се стреми да достигне своето термодинамич­но равновесие.

Следователно за получаването на метални прахове чрез ре­дукция на метални окиси даден процес е толкова* по-благоприятен от термодинамична гледна точка, колкото неговата равновесна^ константа (£р ) е по-голяма. Това е необходимо, но не и доста- тъчно условие, тъй като термодинамиката не отговаря на въпро­са, с каква скорост ще протече процесът, т. е. за какво време ще се достигне от изходното до равновесното състояние. Така например при стайна температура редукцията на СиО и N10 с СО и Н2 би трябвало от термодинамична гледна точка да бъде из­теглена напълно към метал и С 02 (Н20). Това обаче на практи­ка не се наблюдава, тъй като процесът се извършва с нищожна скорост и в същност при тази температура СиО и N10 могат да бъдат в контакт с Н2 или с СО безкрайно дълго време, без да се за­бележи измеримо протичане на процеса. Следователно при получа­ването на метални прахове скоростта на редукционния процес е от съществено значение. Тя определя производителността на аг­регатите. Въпросите за скоростта на редукционните процеси се изучават по химичната кинетика. Въз основа на литературни дан­ни [21, 22, 27—30] за кинетичните показатели на даден редук­ционен процес (температура на начало на редукцията, скоростна константа, активизираща енергия, предекспоненциален множител и др.) могат да се получат указания за скоростта на редукция на даден метален окис при определени условия.

В резултат на направените разглеждания може да се сбобщи, че за получаването на метални прахове чрез редукция на метал­ни окиси са необходими следните предпоставки:

^ а) в термодинамично отношение процесът да е изтеглен кол- "т&то е възможно по-надясно;

б) процесът да протича с достатъчно Голяма скорост при температури, по-ниски от температурата на топене на получения метал.

\ Наред с горните две предпоставки немалко значение имат *ми някои условия от икономически характер, като например неде­' фицитност и ниска цена на изходните суровини и на редуктора,

на използуваната енергия и др.— Такива предпоставки и благоприятни условия съществуват при

редукцията на редица окиси: Ре20 3, Ре30 4, СоО, № 0, Си20 , СиО, Ш 03, 0 2, М о03, Мо02 и др. Затова редукционните методи са намерили широко приложение при получаването на железни, ко-

22

балтови, никелови, медни, волфрамови и молибденови прахове.Железните прахове се получават обикновено чрез редукция

с твърд въглерод. Най-широко приложение е намерил методът Хьоганез. Съгласно този метод реагиращите вещества (чиста же-

а-а

Фиг. 1.11. Начини на подреждане на шихтата в тиглите при метспаХьогенез:

а — а — паралелни слоеве; б —б — концентрични слоеш; в—в — слоеве във вид на розетка; 1 — железна руда; 2 — ю кс, 3 — тигел

лязна руда и коксов ситнеж) се поставят на_сло евез_1ШДиндрт- ки титли. Това се прави, за да не се замърси полученият желе-

23

зен прах от нереагиралия въглерод. Към кокса се добавят 10—15% смлян варовик, за да се предотврати поглъщането най сярата от кокса в железния прах.

На фиг. 1.11 са показани няколко от начините на подреждане на рудата и кокса в тиглите. Най-удобен се е оказал третият

Фиг. 1.12. Схема на тунелна пещ в завода в Оксельссунд (Швеция):1 — подаване на гориво: 2 — газообразни продукти на горенето; 3 — отходящи газове;4 — вагонетки; 5 — нагревателна зона; 6 — изотермична зона; 7 — охладителна зона

вариант (в). Самата редукция се провежда при температури 1150. до 1250°С в различни пещи (рингови, тунелни и др.). Най-подхсЯ дящйГса се оказали тунелните пещи. Според литературни данни [31] в завода в Оксельосунд (Швеция) работят тунелни пещи с производителност 15 000 Мй годишно. Тези пещи (фиг. 1.12) имат дължина 165 т , от които 50 ш се използуват за нагряване на тиг­лите с шихтата до 1220°С, 55 т — за престояване при тази тем­пература и 60 га — за охлаждане на тиглите докъм 200°С. Ши­рочината на работното пространство на пещта е 2 т . В пещитр се събират 68 вагонетки, върху всяка от които има 20 тигелф При преминаването пред тунелната пещ шихтата се нагрява, ре* дуцира и охлажда. Общото времетраене на престояването-~на~" тиг­лите в пещта е 90 часа, от които 30 часа при температура 1220°С.\ Подобни пещи са построени в САЩ и Канада [31]. В Сулинския V металургичен завод (СССР) се получава железен прах чрез ре­дукция на обгар (железни окиси, отпадащи при валцоването на стоманата) с твърд въглерод [32—34].

За получаване на железен прах приложение са намерили и ме­тодите на редукция с газообразни редуктори.. За целта се из­ползуват шахтови пещи с непрекъснато действие — при методите Виберг [31] и Пурофер [35], и пещи с периодично действие — при метода Хойалата и Ламина [31]. Използуват се и пещи с кипящ слой [2, 5, 6] — (методът Н-1гоп). В този случай процесът се про-

24

вежда при сравнително ниска температура (под 540°С),. за да се избегне слепването на частиците от получения прах и нарушава­нето на нормалния режим на кипящия слой. Тъй като обаче при тази температура скоростта на процеса е малка, тя може да се увеличи чрез повишаване на налягането на водорода до 3,5 Л Ш /т2 (35 а!:). Поради ниската температура на редукция получе­ният прах е много финодисперсен и дори пирофорен (самозапал­ващ се на въздуха).

Съществуват и комбинирани методи за редукция с едновре­менно използуване на твърд и газообразен редуктор? Такъв метод € разработен в Института по проблеми на материалознанието (АН УССР) и внедрен в Броварския завод по прахова металургия [34]. Основната редукция се извършва с твърд въглерод, а малкото количество кислород, останало в получения железен прах, се ре­дуцира с газообразен редуктор. Като изходна суровина се изпол­зува обгар, който се смила, а след това към него се добавят 9% сажди и 9% оборотен железен прах. Напоследък се изпол­зува и шихта с друг състав (72% обгар, 8% сажди, 10% каме­новъглен катран и 10% оборотен железен прах), която се брике­тира на горещо. Редукцията се извършва в среда на конвертиран природен газ (ендогаз), съдържащ около 75% Н2, при температу­ра 1100—1150°С. Процесът се провежда в тунелни пещи, нагря­вани с природен газ. Шихтата е разположена в метални контей­нери и престоява в пещта 5,5 часа. Главната особеност на този метод в сравнение с методите за редукция с твърд въглерод е, че обгарът. и въглеродът са смесени. В случая не е необходимо те да бъдат разделени, тъй като твърдият редуктор е в недо­стиг— той се изразходва напълно и не може да увеличи_ съдър­жанието на въглерод в железния прах над допустимото (0‘Т0'%). Това е голямо предимство по отношение на производителността на метода, тъй като, ако обгарът и въглеродът са смесени, ско­ростта на редукцията е значително по-голяма, отколкото в обрат­ния случай. Съгласно лабораторни изследвания [36] в първия слу­чай редукцията протича за три пъти по-кратко време, отколкото във втория.

1 Сравнително широко приложение е 1америл методът на полу­чаване на железни прахове, който представлява комбинация от разпрашаване и редукция. Известен е под наименованието 8.2- 'про"цес [6, 37, 38].- При Този метод се разпрашава синтетичен чу­гун с високо съдържание на въглерод (3,4%) и ниско съдържа­ние на останалите примеси (51,,Мп Р<0,1% , 5 < 0 003%). Разпра- шаването се извършва с въздух, при което повърхността на ча-

стиците се окислява. След това прахът се нагрява в тунелни пещи в безкислородна среда“ при 1050—1150°С.~При тези условия разтвореният в желязото въглерод взаимодействува с железните окиси на повърхността на частиците и вследствие на тази редук­ционна реакция се получава газообразният СО. По този начин железният прах се обезвъглеродява и обезкйслородява едновре­менно. И2 -методът има следните предимства:

а) синтетичният чугун (температура на толене оксло 1200°С) се разпрашава по-лесно от чистото желязо, чиято температура наг топене е значително по-висока (1535°С): ^

б) разпратеният прах има сферична форма на частиците и ло­ша пресуемост; при редукционното отгряване отделящият се СО изменя тази форма и подобрява пресуемостта на праха.

При всички описани разновидности на редукционния метод за получаване на железен прах (с изключение на Н-1гоп-процеса) цолученият продукт е в изЕестна степен спечен и представлява високопореста маса (т. нар. желязна гъба), която се раздробява

-- чрез механично смилане на чукови или вихрови мелници. Този процес поглъща много труд и изисква значителни капитални вло­жения и съоръжения. В заводите за получаване на железен прах отделенията за смилане на желязната гъба заедно с тези за сми­лане на обгара или рудата га най-големи по обем, но и най-за- мърсени и- запрашени. Целият технологичен цикъл на получаване на железен прах чрез редукция на железни окиси с твърд въгле­род е показан схематично на фиг. 1.13.

При получаването на други метални прахове (никелов, кобал­тов, меден, волфрамов, молибденов) редукцията се извършва обик­новено с газообразни редуктори, предимно с водород. Процесът се извършва в тунелни пещи, схематичното устройство на които е показано на фиг. 1.14. По принцип те^и пещи не се различават от пещите за редукция на железни окиси, но имат значително по- малки размери. Нагряват се обикновено с метални електрически съпротивителни елементи. В пещта е монтиран херметичен муфел от огнеупорна стомага, който в двата края е затворен с шлюзо­ве. В единия край муфелът е значително удължен и се охлажда с вода. Там се охлажда полученият метален прах. Изходният пра­хообразен метален окис е поставен в метални ладии, които се подреждат една след друга в муфел'а'и се придвижват с помощта на тласкач, монтиран на входа на пещта. Редукционният газ (Н2) се подава от изхода на пещта, за да се осъществи противотоко- во движение с редуцируемия окис. Процесът на редукция на раз­личните окиси се извършва при температури 600—1000°С, а вре-

26

I ^ \З яроЗия \

ш

}

Смесбане

I 1 У/*'/* / V /г'Л/А/ //* ■ »/М/\

Ш Ш ?

ШВаждане на гъбат„

Контрол и опаковане

Фиг. 1.13. Цялсстен технологичен цикъл при получаването на ме­’ тални прахове чрез редукция

27

мето на престояване на шихтата в изотермичната зона на пещта е 1—2 часа (табл. 1.2). След редукцията праховете от трудното- пимите метали (молибден, волфрам) не са спечени и не е необхо­димо да се смилат. Останалите прахове обаче, които се редуци-

Фиг. 1.14. Тунелна пещ за редукция на мегални окиси с газообразни ре­дуктори:

1 — хидравличен тласкач; 2 — врати; 3 — шлюзове, 4 — ладии; 5 — електрически нагре­ватели; 6 — керамичен топлоизолационен слоЯ; 7 — муфел; 8 — водоохлаждаема зона

рат при температури, не много по-ниски от температурата на то­пене на тези метали, се получават, както железният прах във вид на метална гъба, и трябва да се смилат.

^ При редукционните методи за получаване на метални прахове\

Г интерес представляват следните показатели: а) скоростта на редукция;

б) физикохимичните и технологичните показатели на получе­ните прахове и преди всичко техният гранулометричен състав.

Тези показатели се влияят от редица параметри на редукцион­ния процес: температурата на редукция, едрината на изходния окис, налягането и дебита на газообразния редуктор, наличността на примеси в изходния окис и в редуктора. В-ьруу угк-пр^нетп н а ре дукпията-до правило благоприятно влияние оказват! висока температура, високо налягане и голям дебит на газообразтая^е- ДукторГдреонозърнест изходен окис, отсъствТГе на приме'сй~в га­зообразния редуктор и добър контакт между него и~ ПрахоЪбраз- шм ЖТален окис-ГДобавките и примесите към изходнияПетален окис могат да влияйт както забавящо, така и ускоряващо на ре-

I дукционния процес. Например добавките от алкални халогениди към СиО и Си20 рязко забавят редукционния процес при ниски температури, а добавката от сребро слабо го ускорява [39]. До-, бавките от преходни материали по правило ускоряват редукцията на АЮз и М о03 с Н2 [40—43].

28

Таблица 1.2Някои технологични параметри при получаване на прахове чрез редукция на метални окиси

РеакцияДебелина

на окисния слой, mm

Температура,"С

Време на пре­стояване в изо­термичната зо­

на, minЗ а б е л е ж к а

СиО-|-Н2—>-Сц+Н20 Си20 Н2 —»Cu+H20 20—25 4 0 0 -5 0 0 9 0 -1 2 0 —

N i0 + H 2-»-Ni-|-H20 20—25 700—750 6 0 -1 2 0 —

СоО +Н 2—>-Со+Н20 20—25 800 60— 120 —

Fe20 3+ Н2—> Fe+ Н20 1 5 -2 0 750—900 90— 120 —

W O s+H a-^W O .+H .O 20—25 4 5 0 -8 0 0 90— 120 I стадий

w o 2+ h 2-^w + h 2o 1 5 -2 0 650— 1000 6 0 - 9 0 II стадий

М о03+ Н 2-*МоО + Н20 20—25 450—550 9 0 -1 2 0 I стадий

M o02+ H 2—»Mo -j-K20 15—20 850— 1100 60—90 II стадий

За__полУчаването на Финолиспепсни прахове благоприятствуват: по-дребнозърнест и .ч х о г т р н т ш ^ л ш-ьи^ска температура на_редук- ция, по-чист водород (с по-ниско 'сълъпжяние ня вопнилтяпи). На­личността на дооавкй към изходния окис влияе и в двете насоки в зависимост от природата на прибавките. Например при добавя­не на преходни метали (особено № или Рс!) към Ш 03 или МоОа се получават значително по-финодисперсни прахове, отколкото при редукцията на чисти \\Ю 3 или М о03 [41, 43, 44], докато до­бавката от мед понякога влияе в обратна посока [41, 43].

За получаване на финодисперсни прахове понякога се прилага двустепенна редакция. Тя се—използува предимно при получаване на волфрамови и молибденови прахове (вж. табл. 1.2). Първата

29

степен на редукцията се извършва при ниска температура. В този стадий висшите окиси (Ш 03, М о03) се превръщат в по-низ ши № О а> Мо02). Този процес е достатъчно бърз и при ниски тем­ператури, а повишаването на температурата би довело само до ненужно уедряване на частиците. При редукцията на М о03 про­тичането на първия стадий при ниски температури е наложително още и поради това, че над 550°С се появява крайно нежелателна за случая течна фаза, която представлява вероятно евтектична смес от получения М о02 и още нередуцирания М о03 [45]. Втора­та степен на редукцията се извършва при по-високи температури, тъй като, от една страна, редукцията на Ш 02 и М о02 при ниска температура е бавен процес, а от друга — в този стадий темпе­ратурата не води до чувствително уедряване на частиците [45, 46].

_ Разновидност на редукционните методи е редукцията (предим- ч© но с водород) не на метални окиси, а на други метални гърри-

нения [47, 48]. Този метод е особено 'интересен, когато съедине­нието при условията на редукцията е в газообразно състояние (например WF6). Тогава взаимодействието между съединението и редуктора става в газовата фаза, а полученият метал се отлага като финодисперсен прах, който може да бъде дори пирофорен. Този метод обаче е намерил ограничено приложение главно по­ради значително по-високата цена на изходните метални съедине­ния в сравнение с тази на металните окиси. По-перспективно е използуването на отпадъчни разтвори на метални соли. Съобща­ва се [6], че чрез редукция на водни разтвори на метални соли с Н2 под налягане могат да се получат прахове от Си, №, Со и РЬ, а също и легирани прахове.

Друга разновидност на редукционния метод е т. нар. метало- термия. Тя се прилага за получаване на прахове на метали, чии­то окиси са мн-огоь-ст я и ?|р мпгат да се редуцират от оВшГ- ттШзен1Ш^одук^йр:сгДвъгле_род, СО, Н?). Това са окисите на хрома, Ванадия. манГана. титана. •пирк5вйя~й др. Техният афинитбт^кЪм

Я ш слорода(вж .'фйг. 1.10) е пб^голям от този на въглерода, СО и Н2 към кислорода (разликата |Д2°г(хо)| — |Д2°г(меО)| има положИтШГа стойност). Това означава, че процесът е изтеглен наляво, т. е. редукцията не протича. За дгГ протече процесът, се налага да се използуват по-енергични редуктори — калций, алуминий, магнезий, калциев хидрид, чийто афинитет към "кислорода е значително'по- голям от този на обикновените редуктори. Сумарната реакция, която в случая протича успешно, е следната:

МеО+ Ме'—>-Ме+Ме'0 (1.11)

30

където МеО е ТЬ02, Ш ^, Уа0 6, Сг20 3, а също и ТаР6, ТСЬ, 2гС1^ ВеР6, Т1С12; Ме' — Са," аТГ или СаН2.

За провеждането на тези реакции се използуват обикновено пещи с периодично дейсхвд£. Тъй като реакциите (1.11) са силно екзотермични и при протичането им се отделя голямо количество топлина, пещиге, запълнени с прахообразната шихта (МеО и Ме'), се нагряват първоначално до сравнително ниска температура (600—700°С), която е необходима, за да започне реакцията. След това топлината, отделена от самата реакция, повишава темпера­турата на шихтата, което води от своя страна до по-бурно про­тичане на реакцията, а оттам — до отделяне на още по-голямо количество топлина и още по-бързо повишаване на температура­та и т. н. Наблюдава се в същност самопроизволно разгаряне. Максимално достигнатата температура зависи от много фактори, но главно от топлинния ефект на реакцията, нейната скорост, ма­сата на реагиращите вещества, тяхната специфична топлина, както и от условията на топлообмен между реактора и реагиращата шихта. Оптималната температура (700— 1100°С) на металотермич- ните реакции се регулира чрез изменение на тези фактори. Пред-, става за влиянието на тези фактори може да се получи от урав­нение (1.30).

По металотермичен път се получават праховетр ня хпри я^ ^ а -- на. тантала, .титана. пирконияГ§ерилия. ванадия-и. др. Получават ■ст прахове на легйрани стомани и сплави на осноТзаУа на желязо, никел, кобалт. ванадЖ~хром. алуминий"и титан чрез съвместна^ редукция на техните окиси с СаНп [34, 49, 50].

'Основен недостатък на металотермичния метод е недостатъч- н а т а -д и с х а д ^ м ^ о л щ щ а х ^ ^ а ^ а д ^ Окисите на"редуктора в слу­чая не са газообразни (както пои Но. СО и въглерода)Т а са твър­ди и остават смесени с получения метален прах. Тяхното следващо отделяне”" не винаги ^пълйтз- и зашва й(5икновено прахът остава замърсен. Друг недостатък на металотермичния метод е висо­ката цена на метала-редуктор (№, Ся. А1. Мсг. СяНЛ Поради то­ва този метод се прилага само за такива прахове, чието получа­ване по други методи е много трудно или дори невъзможно. Във връзка с развитието и изискванията на новата техника обаче металотермичните реакции намират все по-широко приложение [51].

Редукционният метод се прилага за получаване не само на метални прахове, но и на прахове 'па тпу п~нотопиму1_-метя^иисъе- динения — карбиди, борили, силщшди, които намират шкаоко при­ложение при тртбо^Ването на праШвометалургични температуро-, и кислородоуатойчиви изделия. Това са предимно съединения на

31

\

• ш

А " 1 ^ 1 ^ __________ 1 1 ^

-35851800

ътъ-ят

Фиг. 1.15. Таманова пещ:1 — камера за изваждане на шихита; 2 — шлюз; 3 — хладник; 4 — вход на годорода; 5 — сажди; 6 — графитова нагревателна тръба

7 — пневматичен тласкач; 8 — изход на водорода; 9, 10 — подаване ! отвеждане на водата

4112

преходните метали (Т1, Ъх, N5, Та, На, V, Сг, Мо, Мг и др.) с въглерода, силиция и~~6 ораГ '

Металните карбиди се получават предимно- чрез редукция на съответния метален окис с въглерод съгласно сумарната реакция

М еО +2С = МеС+СО. (1.12)В същност това представлява редукция на метален окис, като

излишният въглерод реагира с получения метал и образува мета­лен карбид съгласно реакциитеМ еО + С = М е+ С О , (1.13}М е+С = МеС. (1.14)

Понякога карбидите се получават по следния начин. Метален прах, получен^ по някои от известните методи, се смесва с опреде­лено количество въглерод и карбидът се образува съгласно ре­акцията (1.14). В някои~случаи навъглеродяването (карбидизация- та) на металния прах става не с твъря въглерод, а с въглерод- съдържащи _газове (например въглеводороди). За получаване на карбидите се използуват т. нар. таманови пещи (фиг. 1.15) или

Фиг. 1.16. Вакуумиа високотемпературна пещ на фир- " ‘ мата „Ва^егз“

вакуумни пещи (фиг. 1.16). Общото к в двата вида пещи е, че електрическите нагревателни елементи (графит, волфрам, молиб­ден) са в безкислородната среда (вакуум, водород и т, н.). на на-

3 Праховата металургия в машиностроенето 33

ди е редукцията на металния окис с борен карбид и въглеродсъгласно реакцията

4МеО + ’В4С +ЗС=4М еВ + 4СО. (1.15)Процесът протича най-добре във вакуум, но се използуват и

газови среди от Н2 или СО. В табл. 1.4 са дадени главните тех­нологични параметри при получаването на боридите на някои пре­ходни метали [54].

Силинидите могат да се получат чрез съвместна редукция на съответния~~м?тален окис и на силициевия двуокис с въглерод. Сумарната реакция е следната:

По този начин се получават Т1312 и Мо512. Друг метод за по­лучаване е редукцията на метален окис с елементарен силиций съгласно реакцията

Предимството на този метод е, че страничният продукт на реакцията (БЮ) е летлив и не замърсява основния твърд продукт (МеБО.

Вижда се, че, общо взето, редукционният метод е намерил широко приложение за получаване на метални прахове. Това се отнася както за класическата редукция на прахообразни окиси, така и за другите редукционни методи (металотермия, редукция на газообразни метални съединения и др.). Широкото разпростра­нение на редукционния метод се дължи преди всичко на негова­та универсалност, на високите качества на получените метални прахове и на сравнително ниската им себестойност. Освен това при редукционния метод процесите са сравнително лесно управ­ляеми и контролируеми, а в някои случаи се поддават и на ав­томатизиране.

1.2.2. Електролиза на метални соли

По същество електролитното получаване на метални прахове представлява разлагане .на метални соли под действието на по­стоянен електрически ток. Както е известно, металните соли са .йонни“ съединения, образувани от положително натоварени метал­ни йони (катиони) и отрицателно натоварени неметални йони (аниони). Последните се образуват от метални и неметални йто-

М е02 + 2БЮ3 + бС^М еБ^ + 6СО. (1.16)

МеО + 251—»МеБ!+ БЮ. (1.17)

36

ми чрез отдаване на един или няколко електрона от металните атоми към неметалните. Следователно, за да се разложи дадена сол на метални и неметални ятпми, е необходимо по някакъв начий-ог анионите да се вземат излишните електрони и се да­дат на катионите. При електро­лизата това се осъществява от постоянния електрически ток.Схематично процесът е показан на фиг. 1.17. Във воден разтвор на някаква сол, например РеС12, са потопени два електрода, като единият е свързан с отрицател­ния полюс на тока (катода), а другият — с положителния по­люс (анода). Железните катио- ни (Ре2+) приемат на катода електрони и се неутрализират, т. е. превръщат се в железни атоми. Аналогичен*процес се извършва на анода, където хлорните йони отдават излишните си електрони и се превръщат в хлорни атоми, респективно молекули. В същност протичат следните хи­мически реакции:на катода Ре2++ 2^—*-Ре (1-18)

на анода 2 С1——2е—>-С12 (1-19)За да протекат тези процеси, е необходимо преди всичко на­

прежението, приложено към електродите, да бъде по-голямо от едно минимално напрежение, наречено разложителен потенциал [55], който представлява алгебрична сума от електродните потен­циали на съответния катион и анион. В табл. 1.5 са дадени стой­ностите на електродните потенциали на различните катиони и аниони. Тези стойности са валидни обаче само в случай че кон­центрацията на дадения йон е едномоларна (1 кгао1/т3). За дру­ги концентрации на йона електродният потенциал може да се изчисли по израза

Е с = Е 0+ - ^ - \ % с , (1.20)

къдетоЕс е електродният потенциал при концентрация с ;Е0— потенциалът при концентрация 1 кто1/га3 (табл. 1.5); п — валентността на йона; с — концентрация на йона.

37

Фиг. 1.17. Схема на електролизен процес:

1 — катод; 2 — анод; 3 — електролитен разтвор; 4 — вана

Т а б л и ц а 1.3

Т ехю лэгячни данни [52, 53] за получаване на карбиди по реакцията (1.12)

Карбид Шихта Защитна атмосфераТемпература,

°С

"ПС

т ю 2+ з с н 2) с о , с п н т 1700—2100

ТЮ2+ЗС вакуум 1500— 1600

1гС

1 т 0 2+ З С н 2, с о , с п и т 1800—2200

2т02+ ЗС вакуум т о - т о

ы ьс

М>20 5(МЬ20 3)+7С н 2, с о , с п и т 1380— 1400

НЬ20 5(№ 20 3)+7С вакуум 1800

ТаС

Та20 5 + 7С н 2, с о , с п и т 1300—1400

Тг205+ 7С вакуум 1600

ШС НЮа+ЗС Н 2, с о , с„ и т 1900-2300

УС У20 5'1\ /20 3)+7С 1600— 1800

Мо2С 2М о03+7С 1100— 1300

Ч !С W 03+4C 1400— 1600

В4С 2В20 3+7С 1900—2100

Сг3С2 ЗСг20 3+14С 1500

34

гревателнот_о_ пространство... Лова дава възможност в тези пещи да~1ПГ'достигат високите температури, необходими за протичането на реакцията на образуване на карбидите. '

В табл; Т.З са дадениПнякои основни технологични данни за получаването на по-важните метални карбиди [52, 53].

Най-разпространеният метод за получаване на метални >

Таблица 1.-1Технологични данни [54] за получаване на бориди по реакцията (1.15)

Борид Шихта Защитна ат­мосфера

Температура,°С

Т1В2

Т Ю2 -И В4С +ЗС Н2, СО 1900—2000

ТЮ2 + В 4С +ЗС вакуум 1400

2 2 г0 2 + В4С+ ЗС Н2, СО 1800

2 2 г0 2 В^С+ ЗС вакуум 1500— 1600

СгВг

Сг20 з И- В4С 2С Н2, СО 1700-1800

Сг20 з + В4С + 2С вакуум 1400— 1500

УВ2 У20 5+ В 4С +4С 1400—1500

N582 №>20 5 +В4С+4С 1500— 1600

ТаВ2 Т а20§ В^С ~1- 4С 1400-1500

Мо2В5 8 М0 О2 -1- 5 В4С + 1 1 С 1200

W2B5 8W 0 2 +5B4C-|-11C 1200— 1300

4МеО+ВАС+ЗС=4М еВ + 4СО. (1-15)Процесът протича най-добре във вакуум, но се използуват и

газови среди от Н2 или СО. В табл. 1.4 са дадени главните тех­нологични параметри при получаването на боридите на някои пре­ходни метали [54].

Силипишгге могат да се получат чрез съвместна редукция на съответниям^тален окис и на силициевия двуокис с въглерод. Сумарната реакция: е следната:

М е02 + 25Ю2 + 6С= Ме512 + 6СО. (1.16)По този начин се получават и МоБ^. Друг метод за по­

лучаване е редукцията на метален окис с елементарен силиций съгласно реакциятаМеО + 251—»МеБ1 + БЮ. (1.17)

Предимството на този метод е, че страничният продукт на реакцията (БЮ) е летлив и не замърсява основния твърд продукт (МеБО-

Вижда се, че, общо взето, редукционният метод е намерил широко приложение за получаване на метални прахове. Това се отнася както за класическата редукция на прахообразни окиси, така и за другите редукционни методи (металотермия, редукция на газообразни метални съединения и др.). Широкото разпростра­нение на редукционния метод се дължи преди всичко на негова­та универсалност, на високите качества на получените метални прахове и на сравнително ниската им себестойност. Освен това при редукционния метод процесите са сравнително лесно управ­ляеми и контролируеми, а в някои случаи се поддават и на ав­томатизиране.

ч

1.2.2. Електролиза на метални соли

По същество електролитното получаване на метални прахове представлява разлагане .на метални соли под действието на по­стоянен електрически ток. Както е известно, металните соли са

Дбнни~съедйненйя, образувани от положително натоварени метал­ни йони (катиони) и отрицателно натоварени неметални йони (аниони). Последните се образуват от метални и неметални ато-

ди е редукцията на металния окис с борен карбид и въглеродсъгласно реакцията

36

ми чрез отдаване на един или няколко електрона от металните атоми към неметалните. Следователно, за да се разложи дадена сол на метални и неметални атоми., е необходимо по някакъв начшг-от цтшоните да се вземат язлишните електрони и се да­дат на катионите. При електро­лизата това се осъществява от постоянния електрически ток.Схематично процесът е показан на фиг. 1.17. Във воден разтвор на някаква сол, например РеС12, са потопени два електрода, като единият е свързан с отрицател­ния полюс на тока (катода), а другият — с положителния по­люс (анода). Железните катио- ни (Ре2+) приемат на катода електрони и се неутрализират, т. е. превръщат се в железни атоми. Аналогичен*процес се извършва на анода, където хлорните йони отдават излишните си електрони и се превръщат в хлорни атоми, респективно молекули. В същност протичат следните хи­мически реакции:на катода Ре2+ + 2е—»-Ре (1-18)

на анода 2С1- —2е—>-С12 (1-19)За да протекат тези процеси, е необходимо преди всичко на­

прежението, приложено към електродите, да бъде по-голямо от едно минимално напрежение, наречено разложйтелен потенциал [55], който представлява алгебрична сума от електродните потен­циали на съответния катион и анион. В табл. 1.5 са дадени стой­ностите на електродните потенциали на различните катиони и аниони. Тези стойности са валидни обаче само в случай че кон­центрацията на дадения йон е едномоларна (1 кгао1/т3). За дру­ги концентрации на йона електродният потенциал може да се изчисли по израза

Ее - £ И - ^ 1 в с, (1.20)където

Ес е електродният потенциал при концентрация с ;Е0— потенциалът при концентрация 1 кто1/га3 (табл. 1.5); п — валентността на йона; с — концентрация на йона.

37

Фиг. 1.17. Схема на електролизен процес:

1 — катод; 2 — анод; 3 — електролитен разтвор; 4 — вана

Т а б л и ц а 1.5

Електродни потенциали на някои метали и металоиди [55]

Елемент ЙонЕлектроден

потенциал, V

К к+ —2,92Са Са2+ —2,76Мй м 22+ — 1,55

гп 2+ —0,76Ие Ре2+ —0,44Бп Б п2+ —0,14н2 2Н+ + 0 ,00Си Си2+ +0,34

А е+ +0,80Аи Аи3+ + 1,50^(тв) Б2 - —0,55

', 2 (тв) ] ~ + 0,54

Вг2 (г) Вг~ + 1,08

С12 (г) С Г + 1,36

Р2 (г) И- + 2,85

Въз основа на данните от табл. 1.5 и с помощта на израза (1.20) може да се изчисли разложителният потенциал на даде­на сол. Например за едномоларен разтвор на РеС12 този потен­циал е :

+ 1,36—(—0,44) = + 1 ,8 0 V.

От понятията електроден и разложителен потенциал следва една особеност при електролизния процес: в случай че в раз­твор на дадена сол (РеС12) има и други катиони, те няма да се отло­жат на катода заедно с железните при 1,8 V, ако техният разложите­лен потенциале по-отрицателен от този на железните йони. В обратния случай те хце се отложат. Например при равни кон­центрации на различни метални йони в някакъв воден раз­твор, при напр ежение 1,8 V заедно с желязото ще се отложат 5п, Си, Ag, а няма да се отложат К, Са, и 1п (вж. табл. 1.5). В единия случай това създава възможности за получаване на

38

смесени прахове, а във другия — за получаване на метален прах' с по-висока чистота от тази на изходните вещества.

Както се каза по-горе, основните процеси, които протичат при електролитното получаване на метални прахове, са реакции­те (1.18) и (1.19). Вследствие на тези процеси пространството- около катода непрекъснато обеднява на железни катиони, а то­ва около анода — на хлорни аниони. Това обедняване не може- обаче да продължава непрекъснато, тъй като в противоположна насока действуват процеси, водещи до пренасяне на йони от- средата на разтвора към катодното, респ. анодното пространст­во (дифузия и миграция на йоните вследствие на концентрацион­ния и потенциалния градиент; конвекция на разтвора поради тем­пературни разлики в него и т. н.). Поради това се стига до ста­ционарно състояние, при което скоростта на неутрализиране на йоните върху електродите се изравнява с тази на пренасяне на йоните чрез дифузия, миграция и конвекция. Обедняването на йоните в катодното, респ. анодното' пространство може да се на­мали допълнително чрез принудително разбъркване на разтвора.

При електролитното получаване основен въпрос е видът на отложения метал. В случая той трябва да бъде във вид на прах и лес­но да се отделя от катода. Основните параметри, които определят вида на отложения метал (във вид на прах или като плътно покритие), са два: плътност.на тока и концентрация на електролита. Влиянието на тези пераметри се определя за повечето случаи от-’отношението

където1 е плътността на тока, А /т2;с — концентрацията на електролита;& — константа, имаща стойности от 0,5 до 0,9 в зависи­

мост от електролизираната сол.При ниски стойности на горното отношение (под 0,2) се пог

луча£ат~плътни утайки, а при високи (над 1) утайките са прахо­образни. Върху едрината и формата на праха влияят също темг пературата и вискозитетът на електролита, разстоянието между електродите, разбъркването на разтвора, наличността в него на. колоидни добавки и др. [56].

Електролизата се извършва във вани, запълнени с електролиз- нля разтвор, в който са потопени електродите. Обикновено те са повече от два на брой с цел да се увеличи производителността на ваните. Свързването на електродите бива монополярн-о и биг

полярно (фиг. 1.18). В последния случай се подава ток само на крайните електроди, докато другите представляват едновременно катод и анод [57].

---------------------------------------------------- ------------------------------------1- V = V V V - V , + у 5 + у 6

а1 6}

Фиг. 1.18. Моно-(а) и биполярно (б) свързване на електро­дите пр -1 електролизния процес

В случай че електролизата протича съгласно уравненията (1.18) и (1.19), на катода се отделя желязо, на анода — хлор, а разтворът обеднява със съответното количество РеС12. За да се поддържа постоянна концентрацията на РеС12, е необходимо в разтвора да се добавят непрекъснато нови количества от него. В технологично отношение това не е удобно. Друго неудобство е, Че на анода се отделят газове, които обикновено са силно коро- зионно действуващи и вредни за здравето. За да се избегне то­ва, анодите се правят от същия метал, чийто прах се получава. Тогава отделените газове взаимодействуват с анода и продук­тът на взаимодействието е металната сол (в разглеждания слу­чай РеС12). В същност на анода вместо реакцията (1.19) протича реакциятаБ е— 2е—>-Ре2+. (1.22)

В крайна сметка под действието на електрическия ток става пренасяне на метала (в случая желязото) от анода на катода. Вследствие на това анодите постепенно се изразходват. Рто за­що те се наричат изразходващи се аноди.

Цялостният технологичен цикъл на електролизното получаване на метални прахове е показан на фиг. 1.19. Охлаждането на елек­тролитния разтвор е необходимо, тъй като част от електрическа­та енергия се превръща в топлина поради електрическото съпро­тивление на електролита. При липса на охлаждане температура­та на разтвора би се-повишила, което ще наруши нормалния ре­жим на работата. В технологичния цикъл е включено и редук-

40

ционно отгряване^на получените прахове, тъй като те са поня­кога поверхностно окислени. Обикновено това става след изваж­дането им от ванатапри измиването на “ електролитния разтвор

Фиг. 1.19. Цялостен технологичен цикъл на електролитното полу­чаване на метални прахове

к сушенето им. Поради това се налага праховете от метали- склонни към окисляване (например железни), след сушенето да

41

По този начин карбонилите се отделят от нереагиралия СО. кой­то остава в газообразно състояние и се връша в колоната 4 с циркулационната~~поМпа о. Кароонилът се събира в съда 7 (под ви­соко налягане), откъдето постъпва в съда 5Дпри обикновено на-

Фиг. 1.20. Цялостен технологичен цикъл на по­лучаване на метални прахове по карбонилния

метод:1 — газхолдер: 2 — компресор; 3 — топлообменник; 4 — колона за синтез; 5 — циркулационна помпа; 6 — хлад- ник; 7 — съд за високо налягане; 8 — съд за нормално на­лягане; 9 — ректификационна колона; 10 — изпарител;

11 — колона за разлагане

лягане). Така полученият карбонил е онечистен от водни пари и от маслата на компресора 2, помпата 5 и др. Затова той се пре­чиства чрез дестилация в ректификационната колона 9. Пречис­теният карбонил се изпарява в изпарителя 10, след което постъп­ва в колоната 11. нарита ^ 9ПП ™ 95П°С- В тази колона газо­образният карбонил се разлага напълно на метал и СО съгласно реакцията .•>Ме" (Сб)х-+Ме+хСО. ) (1.25)

Отделеният СО се връща обратно в газхолдера 1, за да се използува за нов синтез на карбонил, а металът, който се полу­чава при описаните условия във вид на фин прах, се натрупва в колона И, откъдето се изважда периодично.

Формата и размерите на частиците, както и чистотата на ме­талните прахове, получени по карбонилния метод, зависят главно от условията на разлагане на металните карбонили, т. е. от ус­ловията в колоната 11, където протича реакцията (1.25). Най-го­лямо влияние върху размерите на частиците на праховете оказ-

44

I ват температурата и налягането в реакционното поостпянство. С повишаване на температурата и понижаване на налягането ско­ростта на дисоциацията на карбонила се увеличава и получените

I .прахове са по^фид-одисдерлии-Например при температура на раз"-” лагане 250°С средният размер на частиците е 6 цш, при 300°С —2,7 рлп, а при 400°С — под 1,1 цга. Формата на частиците на кар- бонилните прахове обикновено е сферична или нишковидна. По- подробни данни за влиянието на технологичните параметри вър­ху формата и размерите на частиците на карбонилните прахове могат да се намерят в литературата [2, 32].

Характерни онечиствания в карбонилните прахове ся дъглерол и кислород, като съдържанието на всеки от тях може да до-

^стигне до 1 ,5 % . Това се дължи на възможността отделеният при разлагането на карбонила въглероден окис от своя страна да се разложи съгласно реакцията

2СО44—*СОцг) + С(ТВ). (1.26)Полученият въглерод се отлага главно върху частиците на

металния прах (желязото и никелът катализират горната реакция) и го онечиства. Същевременно полученият въглероден двуокис при по-висока концентрация може да действува окислително на железните частици съгласно реакциятаИе+ С 02—►ИеО -}- СО. (1.27)

Реакцията (1.26) протича с по-голяма скорост при повишаване на температурата (в температурния интервал на разлагане на кар- бонилите). Следователно с повишаване на температурата на разлагане на карбонилите се получават по-финодисперни, но по-онечистени ме­тални прахове. Оиечистванията от въглерод и кислород се отстра­няват чрез отгряване на карбонилните прахове във водородна сре­да при температура 400—600°С. Общото съдържание на тези примеси след отгряването може да се понижи до 0,03%.

Карбонилният метод има редица предимства: праховете имат. висока чистота, сферична форма на частиците и добра _с€&кае- мост"; М изХодна суровина Служат ейтини и недефицитни мате-

*рЦс1ли. Методът дава възможност да се получават и легирани прахове. Недостатък на метода е високата себестойност на пра­ховете, която е съизмерима с тази на електролизно получените прахове [50]. Освен това се работи с СО, който е силно отровен. Поради това карбонилният метод не е получил такова широко приложение, както редукцията и разпрашаването.

45

бъдат отгрети в редукционна среда, за да се редуцират окис­лените повърхностни слоеве.

Електролизният метод се използува за получаване на реди­ца метални прахове: железен, меден, никелов, сребърен, хромов, манганов. Възможно е получаването и на легирани прахове, като Ре— N1, Ре—Мп, Ре—Мо, Ре—Сг, Си—2п, Си—N1, N1—Ре—Мо. Технологичните параметри (състав и концентрация на електроли­та, напрежение и плътност на тока и др.) при производството на тези прахове са описани в литературата [2, 32, 56—58].

При електролизния метод се използуват не само водни раз­твори на соли, но и стопени соли. Този вариант е по-трудно осъщест­вим и по-скъп, тъй като процесът протича при сравнително високи температури (над температурата на топене на солта, но под тази на по­лучения метал). Поради това той се прилага само в случаите, когато електролизирането на водни разтвори е невъзможно. Такива случаи се наблюдават главно при труднотопимите метали (цирконий, то­рий, берилий, тантал и др.), чието сродство към кислорода е по- голямо от сродството на водорода към кислорода (]Д2°7- (Нао)|— —|\г °г (мео) | е положителна величина). Ако тези метали се получат във водна среда, те биха се окислили вследствие на протичане­то на химическата реакция

Ме + Н20 —М еО+Н2. (1.23)В полупромищлен и промишлен мащаб е осъществено полу­

чаването на стопени соли на прахове от тантал, торий и берилий чрез електролиза. Някои данни за условията за получаване на те­зи прахове са дадени в табл. 1.6.

,Т а б л и ц а 1.6Технологични данни за получаване на прахове на някои метали чрез електролиза на техни стопени соли [2]

Метал Състав на електролита Температура на елек­тролита, °с

Та К2ТаР7+К С 1+К Р 750

та ш ^ + к а + и а а 800

Ве ВеС12+№ С1 350

42

Предимствата на електролизния метод за получаване на ме­тални прахове с а : висока чистота на праховете, добра пре- суемост, свързана с "девдрйтната форма на "частиците, просто­та йа технологичния процес, възможност за използуване на изходни суровини от полупродукти и отпадъци. Основният не­достатък на метода е високата цена.на праховете, която се дъл­жи на ниската производителност на ваните и големите загуби на енергия. Например железният прах, получен чрез електролиза, има два пъти по-висока себестойност от тази на железния прах, получен чрез редукция или разпрашаване [50]. Поради това по­лучаването на метални прахове чрез електролиза има по-ограни­чено приложение от методите на редукция и разпрашаване.

( У 1.2.3. Карбонилен метод

Карбонилният метод се основава на способността на някои метали (желязо^кобалт и никел) да образуват с въглеродния окис комплексни съединения от вида Ме (СО)х , КОИ1и своя Етрана могат лесно да бъдат разложени на метал и СО. При то­ва металът'се Получава пид форма 1'а "на фин Прах. ’

Най-широко приложение карбонилният метод е намерил при получаването на железни и никелови прахове. Като изходна су­ровина в първия случай се използуват пиритни угарки, железен ск£яд—о£кярг железни руди. При получаването на никелов прах 'изходна суровина е медно-никелов файншейн,. съдържащ средно 30 % Си, 48 % №, 10 % 5 и под 1 % Ре и Со. Целият техноло­гичен цикъл е показан схематично на фиг. 1.20. Карбонилът се получава й цилиндрични колони с височина 9—12 тТГ^дйаметър 0,7— 1,0 т . Самият процес проТича интедзяйда—лр-и сравнително ниски температури (50—200°С). но при" високо налягане на въг­леродния окис — 5—20 МИ/ш2 (50—20^ аО. Поради това СО, който се намира в газхолдера 1, предварително се сгъстява с компресора 2 и се нагрява в топлообменника 3. В колоната 4 се извършва взаимодействието между желязото (или никела) и въг­леродния окис. Получените карбонили в резултат на реакцията

Ме + хСО—»-Ме (СО)х (1-24)представляват при тези условия газове и се отнасят навън от колоната заедно с нереагирания въглероден окис, като постъпват в хладника 6. Тук те се охлаждат и втечняват (температурата на кипене на Ре 1 ь и )б е около 1Шаи, а на N1 (СО)^ — около 43°С).

43

По този начин карбонилите се отделят от нереагиралия СО. кой­то остава в газообразно състояние и се 1фъша в колоната 4 с циркулационната" помпа а, пароонилът се събира в съда / (под ви­соко налягане), откъдето постъпва в съда 5Дпри обикновено на-

Фиг. 1.20. Цялостен технологичен цикъл на по­лучаване на метални прахове но карбонилния

метод:1 — газхолдер: 2 — компресор; 3 — топлообменник; 4 — колона за синтез; 5 — циркулационни помпа; 6 — хлад- ник; 7 — съд за високо налягане; 8 — съд за нормално на­лягане; 9 —* ректификационна колона; 10 — изпарител;

И — колона за разлагане

лягане). Така полученият карбонил е онечистен от водни пари и от маслата на компресора 2, помпата 5 и др. Затова той се пре­чиства чрез дестилация в ректификационната колона 9. Пречис­теният карбонил се изпарява в изпарителя 10, след което постъп­ва в колоната /7. Чг)Грдтя пт 9ПП 9Д0°С. В тази колона газо­образният карбонил се разлага напълно на метал и СО съгласно реакцията ,Ме (СО)х—>-Ме+хСО. (1.25)

Отделеният СО се връща обратно в газхолдера 1, за да се използува за нов синтез на карбонил, а металът, който се полу­чава при описаните условия във вид на фин прах, се натрупва в колона 11, откъдето се изважда периодично.

Формата и размерите на частиците, както и чистотата на ме­талните прахове, получени по карбонилния метод, зависят главно от условията на разлагане на металните карбонили, т. е. от ус­ловията в колоната 11, където протича реакцията (1.25). Най-го­лямо влияние върху размерите на частиците на праховете оказ-

44

) ват температурата и налягането в реакционното пространство. СI повишаване на температурата и понижаване на налягането ско- / ростта на дисоциацията на карбонила се увеличава и полученитеI . прахове ха- по-фшшдисдерсьш. Например при температура на раз-'

лагане 250°С средният размер на частиците е 6 цш, при 300°С —2,7 цт, а при 400°С — под 1,1 цга. Формата на частиците на кар- бонилните прахове обикновено е сферична или нишковидна. По- подробни данни за влиянието на технологичните параметри вър­ху формата и размерите на частиците на карбонилните прахове могат да се намерят в литературата [2, 32].

Характерни онечиствания в карбонилните прахове са .въглерод и кислород, ка!то съдържанието на всеки от тях тиоже да до-

^ стигне до 1 , 5%. Това се дължи на възможността отделеният при разлагането на карбонила въглероден окис от своя страна да се разложи съгласно реакцията

2 0 0 .(4 — +_С(т*)=. (1.26)Полученият въглерод се отлага главно върху частиците на

металния лрах (желязото и никелът катализират горната реакция) и го онечиства. Същевременно полученият въглероден двуокис при по-висока концентрация може да действува окислително на железните частици съгласно реакциятаР е + С 0 2—РеО+СО. (1.27)

Реакцията (1.26) протича с по-голяма скорост при повишаване на температурата (в температурния интервал на разлагане на кар- бонилите). Следователно с повишаване на температурата на разлагане на карбонилите се получават по-финодисперни, но по-онечистени ме­тални прахове. Онечистванията от въглерод и кислород се отстра­няват чрез отгряване на карбонилните прахове във водородна сре­да при температура 400—600°С. Общото съдържание на тези примеси след отгряваието може да се понижи до 0,03°/0.

Карбонилният метод има редица предимства: праховете имат. висока чистота, сферична форма на частиците и добра _с^екае- мост; йа МУХодна суровина служат евтини“ недефицитни мате­

риали. М м еЗГЬт дава възможност да се получават и легирани прахове. Недостатък на метода е високата себестойност на пра­ховете, която е съизмерима с тази на електролизно получените прахове [50]. Освен това се работи с СО, който е силно отровен. Поради това карбонилният метод не е получил такова широко приложение, както редукцията и разпрашаването.

45

О ч1.2.4: Метод на вътрешна електролиза (цементация)

Методът на вътрешна електролиза се основава на следната заместителна реакция;

където МеХ е сол на метала, чийто прах се цели да се получи, а Ме' — някакъв друг метал.

За да протече реакцията отляво надясно, е необходим;)...Елек­тродният потенциал (Е) на метала Ме' да има по-отрицателна стойност от тази на метала Ме. 1 ю-точно казани,—разликата Еме' — Еме трябва да бъде отрицателна величина. От данните в табл. 1.5, следва, че прахове от сребро, мед или калай могат да се получат чрез цементиране на техни соли с цинк, но не може например да се получи магнезиев прах чрез цементиране на не­гова сол с желязо.

Процесът на цементация „лротича във-волня среля. Порзгти то­ва солите МеХ и Ме'Х трябва да бъдат разтворими във вода. Самото провеждане на процеса е сравнително просто. В съд, съ­държащ воден разтвор., на металната сол МеХ, се поставя мета­лът Ме' във вид на гранули или на прах. За да протече по-бър­зо реакцията, разтворът непрекъснато се разбърква. След завърш­ване на заместителната реакция в разтвора остава солта на по- електроотрицателния метал (Ме'Х), а металът Ме във вид на прах се утаява на дъното. По-нататъшното обработване на този прах (филтруване, измиване, сушене и т. н.) е аналогично на то­ва при електролизните прахове.

Едрината на частиците на така получените прахове зависи от природата на изходната метална сол МеХ и нейната концентра­ция, от вида на втория метал (Ме'), температурата на разтвора и т. н. Общо взето, получените прахове са финодисперсни (едрина на частиците от порядъка на няколко микрометра).

Предимство на метода на цементация е простотата на негово­то, изпълнение. Освен това по този начин е възможно да се по­лучават прахове, чиито частици са повърхностно покрити от друг метал. Това става, когато металът Ме' е във вид на прах и не-- говото количество е значително по-голямо, отколкото се изисква по реакцията (1.28). Тогава металът Ме може да се отложи вър­ху повърхността на частиците на Ме'. В редица случаи това е благоприятно при получаването на легирани металокерамични сплави.

Недостатък на метода е ниската му производители

МеХ+Ме'-*-Ме+Ме'Х, (1.28)

яйчената прилпжимпгт. Както се вижда от табл. 1.5, по този ме­тод могат да се получат само прахове от метали с положителен или слабо отрицателен електроден потенциал (сребро, мед, калай, олово).

Получаване на многокомпонентни и легирани метални прахове (прахове на метални сплави)

За изработването на легирани металокерамични сплави са не­обходими легирани метални прахове. В редица случаи тези пра­хове се получават по описаните методи. Приложение има и друг метод: праховете на компонентите на сплавта се смесват, след което сместа се термообработва, докато се получи сплавта.

Най-големи възможности за получаване на легирани прахове дава методът на разпрашаването. В случая е достатъчно да се разпраши съответната стопена сплав. По този начин успешно се получават сплави от черни и цветни метали (бронз, месинг, алу­миниеви сплави, ниско- и високолегирани стомани). Недостатък на метода е повърхностното окисление на лесноокислимите ком­поненти на сплавите (цинк, хром и др.) и трудностите, свързани с тяхното редуциране.

Многокомпонентните и легираните прахове се получават срав­нително лесно и чрез редукция. За целта се редуцират не чистите ме­тални окиси или съединения, а техни смеси. Например чрез съвместна редукция на СиО и БпОг се получава бронзов прах. Така се получават и прахове ’о ^ Ш щ гТ ё ^ - N1, Ре — Со и др. В случай че някои от компонентите на сплавта образуват трудно редуцируеми окиси (Сг20 3, МпО), подходящ е методът, приложен от Борок [34, 49, 50]. При този метод смес от металните окиси се редуцира с СаН2, който е значително по-активен от обикновените редуктори (Н2, СО, твърд въглерод). По този начин лесно и удобно се по­лучават високолегирани железни прахове (табл. 1.7). Чрез съв­местна редукция ь|ргат да се получат и прахове от няколко ме­тала, които не образуват сплав (металите не са взаимно разтво­рими). В случая единият от компонентите (обикновено по-лесно- топимият) покрива (плакира) повърхността на частиците от другия метал. Плакираните прахове имат подобрена пресуемост и спе- каемост в сравнение с механичната смес от прахове на двата метала. Чрез съвместна редукция се получават прахове от '\^—№,

— Си—N1, Мо — № и други прахрве [59, 60], необходими за изработване на псевдосплави на волфрамова и молибденова основа. * • '

47

1

Останалите методи за получаване на метални прахове имат по-ограничено приложение по отношение на легираните прахове. Както се каза по-горе (т. 1.2.2), чрез електролиза е възможно да се получат многокомпонентни прахове. Този процес обаче е все още в рамките на полупромишлено изпитване [2,50]. Чрез цемен­тация трудно могат да се получат прахове направо от метални сплави. Както бе казано по-горе, възможно е да се получат само плакирани метални прахове. Карбонилният метод дава възможност да се получават легирани прахове [2, 32, 61, 62], но само от та­кива сплави, чиито компоненти образуват карбонили (Ре, Со, №, У , Мо).

Легирани и многокомпонентни прахове могат да се получават и чрез смилане щ г-кптяртн^тя гпляд Така например се полу­чават прахове от легирани стомани (неръждаема, бързореже- ща и др.) [63]. Този метод обаче има приложение предимно при крехките сплави. Значително по-голямо разпространение е полу-

Прахове от високолегирани сплави на ж елязна и никелова оснога,

ВидОбласт

на приложение Марка

Химичен

Ие N1 Сг

Прах от неръждае­ма хром-никеловастомана филтри Х18Н151 ост. 12— 16 16—20 0,2

Прах от неръждае­ма хромова сто­ детайлимана на машини хзо ост. 0,5 27—31 ;о,2

Прах от нихром детайлина машини Х20Н80 0,5 ост. 18—23 0,2

1 Произвеждат се и следните пробни марки: Х17Н2, Х22Н15,

48

чил методът на т. нар, дифузионно насищане. Легираните прахо­ве се получават, тсягсРмеханична смес от метални прахове се на грява в редукционна среда, при което възниква взаимна твърдо фазна дифузия между частиците на различните праховеГВ резул' тат на това дифузионно насищане се получава слабо спечена пореста метална сплав, която сравнително лесно се смила до желаната едрина. В СССР са разработени ефективни технологич­ни методи за получаване на прахове от високолегирани с хром стомани (съдържащи до 30% Сг), хром-никелови, манганови и. силициеви стомани, стомани, легирани с волфрам, хром и др- [34], които се осноЕават на дифузионно насищане.

Общо взето, многокомпонентните и легираните метални пра­хове се използуват по-малко от чистите прахове. Но изделията, получени от легирани прахове, имат повишени физико-механични показатели, поради което може да се очаква, че в бъдеще про­изводството на легирани прахове ще се увеличи за сметка на производството на чистите прахове.

Т а б л и ц а 1.7получени чрез редукция на метални окиси с СаН2 [50]

състав, °/оНасипнч Гранулометричен

Мп с Р ьмаса, М%(т® състав

0,2 0,07 0,03 0,025 1 ,4 -2 ,5остатък на сито 0,25 ш ш <0,5 а/в

0,2

0,6

0,15

— 0,03

0,025 2 ,6 -3 ,0фракция —0,045 шгп 4 0 - 7 0 %

Х18Н18, Х18Н9Т, Х23Н28 и др.

4 Праховата металургия в машиностроенето 49

1.4. Свойства на металните прахове и методи за тяхното определяне

В пряугшятя металургия голямо- зидч&цие имат определянето и контролирането на физикохимичните и технологичните показа­тели на металните прахове, които се усложняват от факта, че тезЕ! прахове се състоят от огпомен бпой частици с най-различни раз­мери, форма, структура и повърхност. Достатъчно е да се спо- йеке, че 4 ^ желеаен~пра\ п я средеи^размер на частиците 10 цш съдържа около 240 милиона частици и има повърхност около 760 сш9. Следователно физикохимичните и технологичните пока­затели на даден метален прах представляват средна статистична величина от показателите на всички частици, съставящи този прах.

Свойствата на металните прахове и методите за тяхното оп­ределяне ще разгледаме накратко. По-подробно тези въпроси са разглгдани в монографичната литература [1, 2, 5, 6, 32, 37].

^ 1.4.1. Химичен състав

« Химичният състав на металните прахове (вид и количество на металните компоненти, на прдмесите и онечистванията, на раз­творените и адсорбираните газове) определя до голяма степен техните технологични свойства. Поради това определянето му има голямо значение. По принцип химичният анализ на метални­те. прахове не се различава от този на компактните метали [89—91 ] 1 [о-особенинтерес представлява—слтредктагнето На хЪ'- яържанирто ня гязове в**металните прахове, и&икновено количе- !ството на газовете в праховете е значително по-голямо, отколко­то в компактния метал и оказва чувствително влияние върху (техните технологични свойства, като влошава особено тяхната |пресуемост и спекаемост. Видът и количеството на газовете в металните прахове се определят по различни методи [90], пове­чето от кои го са доста бавни и трудопоглъщащи. Напоследък са създадени по-бързи и по-прецизни методи за количествено и ка­чествено определяне на газовете в металите. Те се основават на срав­нително прости принципи, но апаратурата, която се използува, е скъпа и сложна. По проспекгни данни [92] съдържанието на_ Гц Н? и №»-в-компактен или прахообразен метал може да се оп- оедечи с такава апаратура за няколко минути.

50

Съдържанието на газове в металните прахове зависи главно от метода на тяхното получаване и от едрината на частиците. Праховете с високо съдържание на газове имат понижени техноло­гични свойства.

За да се намали количеството на газовете, преди пресоването ме­талните прахове се нагряват във водородна среда за редуциране на окисните слоеве или във вакуум за отделяне на адсорбираните газове.

1-4.2. Физични свойства

Към физичните свойства на металните прахове спадат: разме­ри на частиците и тяхното разпределение по фракции, форма на частиците, специфична повърхност, микротвърдост* пикнометрич- на плътност и състояние на кристалната решетка.

» Размерът на частиците и тяхното разпределение по фракции (гранулометричен състав') се определят най-вече чрез ситов анализ. Прахът се пресява обикновено през пълен набор от сита (табл. 1.8), след което се претегля количеството на пра- хаГзадържан на всяко*~ситоГТака се.получава зависимостта раз­

" мер на зърната в дадена фракция — маса на фракцията, която

Таблица 1.8Стандартни сита съгласно ГОСТ 3584—53

Номер на ситото Номинален размер на светиня отвор,

mmНоминален ризмер на нишката, mm

Приблизителен брой, меша

08 0,800 0,300 2005 0,500 0,220 30045 0,450 0,180 400315 0,315 0,140 50025 0,250 0,130 60018 0,180 0,130 80016 0,160 0,120 1000125 0,125 0,090 12001 0,100 0,070 140008 0,080 0,055 1800063 0,063 0,045 2550056 0,056 0,040 275004 0,040 0,030 325

51

може да се изрази таблично или гпафично \2. 32]. Размерите на 'частиците на праховете, използувани в праховата металургия, се колебаят в доста широк диапазон — от части от микрометъра докъм 500 цт. Освен чрез ситов анализ размерът на частиците може да бъде определен с микроскоп, електронен микроскоп или чрез седимецтапионен анализ [2, 32, 93],

Фпрм.агшъ. на частиците се наблюдава с оптичен микроскоп, а при много финодисперсни прахове (под 0,3 цга)— с електронен микроскоп. Най често се използува металогр^фски микроскоп. Препаратът за наблюдение се приготвя, като прахът се смесва с . някакво органично полимеризиращо веществ5~Т5ттстаилиü 'СШГла. метилметакрилат и др.) и получената смес се излива в подхо- дяща~форма (обикновено иил~индрияна4. Слад полимеризацияда-адда- 'от повърхнините се шлифова и полира, а после се наблюдава— под" микроскбТП Използува се и друга методика — прахът се ОТ^сва с органична течност (обикновено глицерин) и получената суспензия се нанася на тънък равномерен слой върху предметно стъкло.

Формата на частиците се определя до голяма степен от ме­тода на получаване на праховете. На фиг. 1.21 е показана фор­мата на частиците на метални прахове, получени по различни методи.

Поя j:nmuchmi,Ha пгтърх.ног.т ня металните прахове се разби­ра п.овт>рхността на.рдмннчя—магя пт прауя| При праховете, из- ползува«й-^-^фжсОвата металургия, тя варира от 10 до 15 000—20 000 m2/kg и зависи предимно от “размера и формята!на-ча-. стиците, от наличността на вътрешни пори в тях и от релефа Hfl тяхната повърхност. Спрпифичната повърхност е важна ха­рактеристика на металните прахове. От нея зависи' кТУлЦЧ сТВбто на'адсорбираните газове7 корозионнатау£тоичивост и спекаемостТта на. ^металните прахове, както и някои други технологични_показатели. ' ^ — " -----------— - —- извесУни са доста методи за измерване на специфичната по­върхност (Sc) на металните прахове. Съгласно принципа, на кой­то се основават, методите могат да се разделят/ на две групи. Към първата група спадат методите, при коит£ S e„ се опреде­ля чрез измерване^на-^с^нш ^ш йрш емостта на бпределен глпй от метален npjs» При втората група методк^^Гсе определя чрез ■измерване^а адсорбиионяятя гппг^бнргт чя пряугтрТР Тези ме- ТЦди превъзхождат по точност методите от първата група. Съз­дадени са много апаратури за определяне на S cn по адсорбцион- ните методи. Сравнително проста, удобна и с голяма точност е

52

иЮО/лт

Фиг. 1.21. 1'орма на частиците на метални прахове, получени ' ’ по ра «лични методи:

1 _ чоез редукция (а — ж*ляю; б — коЛялг; в — никел); 2 - чрез оаз- п,рз шаване (г — жел«зо - иг-м ею д- д - чугун: в -- бронз; ж - сРебъР '

но-кьдмиева сплав);3 — чрез електролиза (з — сребро, и — мед)

53

о

апаратурата, създадена с Института по обща и неорганична хи­мия при БАН [94].

Необходимо е да се отбележи,, че между специфичната по­върхност на металните прахове и едрината на техните частици съществува зависимост. Колкото по-финодисперсни са праховете, толкова по-голяма е специфичната им повърхност. Въз основа на S cn може да се изчисли т. нар. ефективен диаметър (de ) на частиците по уравнението

г Ь ( Ь29>к ъ п е т о р е плътността ня метала, от който са изградени части­ците, Ttg/т^Тизмерението на S cn е m2/kg, а на de — ш.^Ефектив- ният диаметър на частиците представлява диаметърът, който бита имялйгйгички частиии на праха, ака представляваха еднак­ви идеални гфрри-

1.4.3. Технологични свойства

Технологичнихе.£ВРЙства на металните прахове (насипна маса, течлииост. п п ес у ем о с т . сп ек я ем о гт ) са най-съшествените показа-"' ?ёли отглёдна точка на производството. Те характеризират'от- насянията на праховете при следващите- технологични операции (пресоване, спичане). По същество технологичните свойства се определят от химичните и физичните свойства на праховете, но връзката между тях е доста сложна. Често пъти дадено техноло. гично свойство се определя от няколко химични и физични пока, затели. Поради това прякото измерване на технологичните свой_ ства е наложително в производствената практика.

„пгп. Р 1МЯГЯТЯ ня гипбплнп__нягипян прях Р. егш'ница обем. С други думи,товаре; привидната плътност на метал“ нйя прах- и е толкова по-малка в сравнение с плътността на коьшактния прах, колкото по-голям е обемът на празнините лаеж-

'ду отделните „частици. Насипната маса има съществено значе­ние при пресоването. Обемът на свободно насипания прах преви­шава 2—3 пъти обема на пресованите от него брикети. Затова при конструирането на пресформите се налага от данните за насипния обем да се изчисли обемът на кухината на пресформа- та така, че всичкият прах да се събере в нея. Освен топя прр^ гямото пресоване често прахът се дозира обемно. В такъв слу- ияй‘ 'кя"~7та се. получат орш ётй"с'постоянна~маса1 размери и пл-b j- ност,'крахът-'т м о в а да 1шТпостоянна настша"'?л%с%:~^~'

54

Най-простият начин за олгепеляда -ид насипната маса е след­ният, Насипва се прах.в обикновен мерителен~~т1йдирдър, измер-

■ _нег°видт_обем1__след което прахът_се^дехш ш ^ 6т'ншиени&.-то. 1 ж ж л д _ м ^ а ха^на1 лраха_ц аш 1^дя^ .££ж предстм лМ а~^дгШ^ / ната МУ маса. ._иг) съшия' начин се опрепеля и "т. няр. тгя-стгпна~' мте5~таед-гтръскване. За целга цилиндърът с насипания прах се стръсква на ръка, докато обемът престане да се намалява. Обикновено насипната меса след стръскване е с 20— 50 % по­

-голяма от насипната маса поради по-^обротНГ подрежда не на ча^' С Щ Ю Л на"мадавадщ?ддд,^,бема ^ между _ л ж Г

Насипната маса на металните прахове се определя от метода на тяхното получаване, а при даден метод на пслучаване — от технологичните параметри на производствения процес, ^асипната маса на получените прахове мож е да се увеличи най-вече чр?зг тяхното. гран^дипада, използува се и _отгряване на праховете при, температури над. тепмературлта на ре^ристализалия, но под тази на спдчане. Понякога се прилага предварително пресоване ^ п о - вторно смилане и,др£сяваае, ' ' "

По^ течливост на праха се рязбипя неговятя спонойте^р-да изтика с по-голяма или по-малка скорост през даден отвор. Теч- ливосттачга- 1фЗха има голямо значение осооено при автоматич- ното пресоване, където производителността на пресата зависи до голяма степен от скоростта на запълване на кухината на пресформата. Освен това лошата течливост не осигурява-^авно— мерно запълване на кухината. коНго- от своя-лгтрянаводи до по:..... лучаваие-нз--нее1гщлтотгни~'по плътност и размери изделия.

ПринципътГ на който се основава измерването на течливостта на металните прахове, е аналогичен на този на пясъчния часов­ник— измерва се времето, за което определено количество прах изтича през даден отвор.

Течливостта на праховете може да подобри по същите начи­ни, по които се увеличава насипната им маса (изменение на ме­тода на получаване на даден прах; отгряване или гранулиране на получения прах). Общо взето, праховете с голяма насити—ма- гя имят побря течливост и обратно— лоша течливост имат пра­ховете с малка насипна маса.

. Ппл ппрсурмпспГс£ пизбиЬа количественото охарактеризираме | на свойствата на металните прахове да се у плът няв а т_д рл ,уг важ - \ няване на всестращш—натигк аърхуГхяу ц-ак-тп и яя запазват слеУ

тодя^-1тгпгучрнятя 'фп[^та. Съществуват различни методи за опре­деляне на пресуемостта на праховете Всички те обаче не са ли­шени от недостатъци. Въпросът за създаване на рационатна ме­

55

тодика за определяне на пресуемостта^все още остава открит. В СССР е приета методика [95], съгласно която пресуемостта се определя с два показателя — уплътняемост и формуемост. Пър­вият характеризира уплътняването на праховете при тяхното пресоване, а вторият — способността на получените брикети да запазват, формата си.* — —

За подобряване на уплътняемостта на праховете могат да се използуват методите за увеличаване на насипната им маса (от- гряване, гранулиране). Особено ефикасно е отгряването във ваку­ум [96]. В практиката често се използува и добавянето на мазил- ни вещества (пластификатори) към праховете за подобряване на тяхната пресуемост (вж. глава 2).

Физикохимични и технологични свойства на някои метални прахове [50,97

л оX С 2

Г ранулометричен

Вид прах Метод на Вид или марка£ © оя м яс* К -

получаване * 1 в +0,16 -0 ,1 6 -0 ,102 - § | +0,10 +0,071

5и о

Железен редукция МН— 500 24 98 1 20—30 2 5 - 3 5БС— 100.26 99 1 5 5— 15Апсоюу БА 951 1 5 5 - 1 5ПЖ— 1 98,5 1 0 — 35(ГОСТ 9849— 61)

разпрашаване — 98,5 1 1 24 2 0

» електролиза — 99 1— 5 10— 20 2 0 -3 0Никелов карбонилен П Н К — 1

(ГОСТ 9 7 2 2 -6 1 ) 99,7 — — 4Кобалтов електролитен ПК— 1

(ГОСТ—9731—61) 99,2 — — 4Сребърен електролитен П С -1

(ГОСТ 9724—61) 99,9 — — 4Сребърно- р азп р атен нормала накадмиев НИТИМ 873 1 4 12Калаен разпр ашен ПО (ГОСТ 99,5 — — 3

9723—61)Волфрамов редукция — 99,65 — — —Молибде-нов ' --- 1

1 Частици до 5 ц т —92%

1 Легиран с 1,5 % Си, 1,75 % N1 и 0,5 % Мо.2 Легиран с 13 % Са.

56

Спекаемостта представлява количествено охаракщ жзиране- и а свойството на брикетите от пресовани метални ппяхове да изменят ОЬиите физико-механични показатели. Засега все ощ(Гня- йа единна методика за "определяне на птекаемостта. По начало обаче всички методики се основават на следния принцип: от три­т е параметъра (температура, време, физико-механично свойство) два се поддържат постоянни, а по измененията на третия се съ­ди за спекаемостта.. Обикновено се прилага следната методика. В" зависимост от вида на изделието се подбира едно от физико- механичните му свойства и се проследява неговото изменение при нагряване при определена температура за дадено време. Свойството се подбира според вида на произвежданите изделия.

Т а б л и ц а 1.9

състав, %Насилия маса,

Mg/m8 (g/сш3)Пресуемост пои наля­ Течливост, Страна произ­

-0 ,0 П+0,053

—0,063 +1 ,056 -0 ,0 5 6

гане 400 MN/m2 (403î ► kg/cm2), Mg/m8 (g/сп.8)

s за 50 g водител

3— 10 1 0 - 2 0 2 0 2,4 6 ,3 -6 ,4 30 т„ 1 Швеция |1 5 -2 0 3 5 -5 0 20—35 2 ,6 6 ,6 30 Швеция1 5 -2 0 3 5 - 5 0 2 0 - 3 5 2 ,6 6,5 30 Швеция

сстанало'ю 1 ,8 —3,0 _* — СССР

14 17 14 2,5 6 ,2 25 ГФР20—30 25 35 3 ,2 -3 ,3 6,7—6 ,8 2 5 -2 7 ГФР

— 6 6 ост. — — — СССР

— 6 6 ост. — — СССР

— 6 6 ост. — — НБР

13 30 40 — — — СССР

остан алото 16 2 ,5 -5 ,0 _ _ СССР_

*

СССР

57

За конструктивните изделия се използуват якостните показатели, за магнитните материали — магнитните свойства, за контактните материали — електропроводимостта и устойчивостта срещу елек- троерозионно износване и т. н.

Спекаемостта на металните прахове е важно технологично свойство. Тя определи до голяма степен качеството и себестой­ността на праховометалургичните изделия. Поради това получа­ването на прахове с подобрена спекаемост и разработването на по-ефикасни методи за нейното определяне и контролиране са от голямо значение за праховата металургия.

В табл. 1.9 са дадени физикохимичните и технологичните свой­ства на различни железни и други метални прахове.

Нови насоки в развитието на методите за получаване на метални прахове

В областта на получаване на металните прахове са постигнати значителни успехи. Внедрените в промишлеността различни мето­ди осигуряват получаването на прахове с достатъчно високи фи­зикохимични и технологични показатели. Създаването на нови прах:овометалургични изделия с подобрени качества обаче изисква непрекъснато повишаване на качествата на металните прахове. От друга страна, сегашната себестойност на праховете е чувствител­но по-висока от тази на компактните метали. Поради това усъ- вършенствуването на съществуващите методи за получаване на метални прахове и създаване на нови методи е актуална проблема в праховата металургия. :

На редукционния метод за получаване на метални прахове са посветени изключително много трудове. Независимо от това в тгз I област не са решени все още редица проблеми както от инженерен, така и от теоретичен характер. Една такава проблема в инженерно отношение са промишлените агрегати за провеждане на редукционния процес — различните видове високотемпературни пещи. Те трябва да осигуряват най бързо масо- и топлопренасяне. По отношение на масопренасянето въпросът се свежда до след­ното: редукционните процеси се провеждат обикновено при тем­ператури, при които скоростта на химическата реакция е значителна и процесът като цяло се определя не от нейната скорост, а от по-бавндаа дифузия на газообразния редуктор или газообразния продукт на реак­цията през прахообразчата шихта. Общият процес в този случай може да се ускори само чрез ускоряване на дифузията (масопренасянето)

58

на газа. Това може да се осъществи, като се подобри контактът между редуктора и металния окис и се съкрати до минимум пътят на газа през прахообразната маса. На фиг. 1.22 са показа­ни няколко начина на осъществяване на контакт между газо-

Фиг. 1.22. Различни начини на създаване на контакт между газообразен редук­тор и прахообразен метален окис:

а, б — неподвижен слой; в — филтриращ слой; г — въртяща пещ; д — кипящ слой

образен редуктор (напр. Н2) и прахообразен метален окис. Вижда се, че най-благоприятен е кипящият слой, където пътят на газа е минимален и равен на радиуса на частиците на праха. По отно­шение на топлопренасянето въпросът се свежда не само до бър­зото нагряване на шихтата до температурата на редукция. Съще­ствено е също, че самото протичане на редукционния процес, както и на всяка друга химическа реакция, е свързано със зна­чителни топлинни ефекти (отделяне или поглъщане на топлина).. В случай че процесът протича с голяма скорост, а пренасянето на топлина от околната среда (пещното пространство) към прахо­образната шихта се извършва с малка скорост, се наблюдава чувствително изменение на температурата на шихтата по отноше­ние на температурата на пещното пространство. Количествена връзка между скоростта на процеса и изменението на темпера-

59

тарата на прахообразната шихта се дава от следното уравнение [64]:

А ^ - = В ( Т - Т 0) + С ^ - , (1.30)

къдетойт е скоростта на химическата реакция;

Т — температурата на прахообразнаташихта;Т0 — температурата на пещното пространство.

А, В и С са сравнително постоянни величини, които зависят от топлинния ефект на реакцията, масата и специфичната топлина на шихтата, коефициента на топлопренасяне и др.

В резултат на описаните явления при ендотермичните процеси (процеси, протичащи с поглъщане на топлина) температурата на прахообразната шихта се понижава и следователно се намалява скоростта на редукция. Това е нежелателно, тъй като се намаля­ва производителността на агрегатите. При екзотермичните проце­си (процеси, протичащи с отделяне на топлина) се наблюдава об- ратното — процепът се ускорява, но повишаването на температу­рата води до пилучаване на едрозърнести прахове, което също е нежелателно. Същественото и в двата случая е, че температу­рата на прахообразната шихта може самопроизволно да се изме­ни по отношение на температурата на пещното пространство, т. е. процесът самопроизволно може да се отклони от оптималния температурен режим.

От съществуващите пещни агрегати най-добри условия за бър­зо _масо- и топлопренасяне се създават в пещите с кипящ слогР (фиг. 1.22 д). В_този случай всяка частица метален окис се умива_ от редукционния газ. Това осигурява голяма скорост на дифузия_ и тоМйпренаснц£ГПри тези пещи обаче съществува друга проб­лема ■— получените метални частици могат да се агломерират и кипящият слой да се наруши [6]. Поради това пещите с кипящ слой все още не са намерили такова широко приложение при по­лучаването на метални прахове, както пещите със стационарен слой, въпреки че при втория вид пещи масо- и топлопренасянето са по-лоши. Перспективността на пещите с кипящ слой обаче е очевидна. Напоследък се предлагат нови решения за подобряване на масо- и топлопренасянето. Интере-- представлява предложение­то за пропускане на електрически ток през прахообразната шихта при еднотермичните процеси [65]. В този случай отделената то1- лина компенсира понижаването на температурата на шихтата вследствие на недостатъчно интензивно топлопренасяне. Съобща­

60

ва се [66, 67], че по този начин може значително да се ускори редукцията на железни и манганови окиси с твърд въглерод.

В теоретично отношение при редукционните методи на първо' място стоят въпросите, свързани с моделирането на процесите..В лабораторни условия са получени многобройни данни за кине­тичните показатели на процеса (скоростна константа, активираща енергия и др.). Трябва да се отбележи, че получените стойности от различните изследователи за даден редукционен процес се различават значително една от друга. Същевременно използува­нето на тези показатели за по-големи промишлени агрегати води до получаване на значителни разлики между опитните и изчисле- лените стойности. Следователно въз основа на тези данни не могат да се предскажат оптималните условия на промишления процес. Ето защо тези условия все още се определят опитни, но' това изисква много време и средства.

Друг теоретичен въпрос е познаването и управлението на па­раметрите, определящи дисперсността и структурата на получе­ния метален прах. В това отношение изследванията са в начална- та си фаза. Естествено дисперсността на праха ще се обуславя от дисперсността на изходния метален окис. Наред с това обаче тя зависи от скоростта на образуване на металните зародиши и от тяхното нарастване. Колкото скоростта на образуването на за­родишите е по-голяма, а скоростта на тяхното нарастване по- малка, толкова полученият метален прах е по-финодисперсен. Не по-малко значение имат вторичните процеси на агломериране на отделните частици или на тяхното нарастване. Този фактор поня­кога е свързан с протичането на транспортни реакции и се обус­лавя- от летливостта на някои метални окиси (например АЮ3 и. М о03). Въпросът обаче е дискусионен [40, 41, 45, 46, 68, 69].

Общо взето, изследванията и намерените закономерности по _ засегнатите въпроси все още са далеч не на такова ниво, че- дисперсността на получения метален прах да може да бъде уп­равлявана. Недостатъчни са и изследванията, свързани с влияние­то на условията на редукцията върху вида на дефектите в крис- талната структура на получените метални прахове. Трябва да се има пред вид обаче, че пресуемостта и спекаемостта на прахове­те се определя в значителна степен от тяхната дисперсност ш от количеството и вида на дефектите в кристалната им структу­ра. Следователно разрешаването на тези теоретични проблеми има голямо практическо значение за праховата металургия.

По разпрашаването на течните метали и сплави са извършени редица изследвания [70—74]. Въпреки това пред изследователите,

61

които работят в областта на разпрашаването на течни метали и сплави, също стоят значителен брой инженерни и теоретични проблеми. Важна инженерна проблема е например конструирането на дюзи, създаващи газови потоци с високи динамични показате­ли. Така ще се осигури ефективно използуване на кинетичната енергия на газа при разпрашаването. При сегашните разпрашители коефициентът на полезно действие на кинетичната енергия на газа е едва няколко процента [75]. Друга инженерна проблема е да се избегне охлаждането на металната струя до срещата й с га­зовата струя. Такова охлаждане е нежелателно, тъй като води до повишаване на повърхностното напрежение на метала и на него­вия вискозитет и намалява ефективността на разпрашаването. То­ва може да се избегне с предварително нагряване на течния ме­тал до по-висока температура, но в редица случаи това е неже­лателно, понеже течният метал се насища с газове и се окислява. Като решение на горния. въпрос е предложено [76] металната струя да не пада свободно, а да се движи в огнеупорна полу­проводникова тръба, която от своя страна се нагрява чрез про­пускане през нея на електрически ток. По този начин металната струя не се охлажда, поради което нейният диаметър може да се намали до 2 тш , Това дава възможност да се получи финодис- персен прах с размери на частиците, изменящи се в сравнително тесни граници [9, 10].

При разпрашаването очевидно най-важни в теоретично отно­шение са въпросите, свързани с повърхностното напрежение (о) на течния метал. До висока степен то определя използуваемостта на кинетичната енергия на газа, а също така формата и размери­те на частиците на металния прах [70]. Във връзка с това уста­новяването на параметрите, които влияят върху повърхностното напрежение на течния метал, има голямо значение за разпраша­ването. Интерес представляват изследванията за изменението на повърхностното напрежение на течния метал чрез разтваряне в него на различни прибавки [70, 77]. Възможно е да се намерят и други начини за понижаване на повърхностното напрежение. Спо­ред едно изследване например [78] а може да се намали чувстви­телно, ако повърхността на течния метал се наелектризира. Нещо повече •— показано е, че когато повърхността на капка течност е наелектризирана, се наблюдава самоволно разпрашване на капка­та, когато е изпълнено условието £ > (4 —^ - ) /г (г е радиусът

на капката, Е — електрическото напрежение на нейната повърхност).Не на последно място стои въпросът за създаване на нови

62

методи за диспергиране на течни метали и сплави. Предложено е например [79] следното решение. Цилиндричен компактен прът от метала се нагрява в единия си край от електрическа дъга. По­лученият течен метал се диспергира чрез предаване на въртеливо

Фиг. 1.23. Схема на газоструйна мелница:• 1 — сгъстен газ; 2 — грубо дисперсен материал;' 3 — газова струя, увличаща грубо дисперсния ма­

териал; 4 — фино дисперсен материал

движение на металния прът. Поради това този метод може да се нарече центробежен. Диспергирането може да се извърши и от резонансни трептения на пръта [80]. За центробежния метод се съобщава [81], че е намерил промишлено приложение. Друг пред­ложен напоследък метод е диспергирането на металната струя под действието на електростатично поле [82, 83]. По принцип диспергирането в случая се обуславя от същите явления, както при самоволното разкъсване на капка с наелектризирана повърх­ност. Съобщава се също за диспергиране на метали и сплави с помощта на плазмени горелки [84;г85].

В областта на получаване на метални прахове чрез механично раздробяване не са решени все още въпросите, свързани с основ­ните недостатъци на този метод: ниска производителност и за­мърсяване на праха поради износване на детайлите от работната камера на мелниците. Успех в тази насока е агрегатът за фино раздробяване на грубо дисперсни прахове, показан на фиг. 1.23 [86]. Изходният материал се засмуква от газова струя. При това частиците придобиват голяма скорост, респ. кинетична енергия. В агрегата се срещат две срещуположни струи. Благодарение на то­ва частиците се удрят помежду си и се натрошават. Предимст­вата на агрегата са: висока производителност, липса на движещи се части, минимално износване на детайлите. Перспективни са и възможностите за раздробяване на твърди тела не чрез механич­но, а с друго някакво въздействие. Така например напоследък се съобщава [87, 88] за фино раздробяване на метални гранули, по-

63

топени в течност, под въздействие на електрическо поле или ултра-г звукови трептения.

Изследователите, които работят в областта на електролитното получаване на металните прахове, също имат редица проблеми за разрешаване. В инженерно отношение такъв въпрос е автома- тичното и непрекъснато снемане на отложения върху катода метален прах. Напоследък за тази цел се използува въртящ се дисков катод. Друг проблем е равномерната циркулация на елек­тролита с цел да се осигурят еднаква температура и концентра­ция в целия обем на ваната. Също от инженерен характер е въп­росът за използуването на отпадъчните материали за изразход­ващи се аноди (например употребата на чугунени стружки за получаване на железен прах). Не на последно място са и въпро­сите за подобряване на санитарно-хигиенните условия в електро- лизните цехове. Очевидно в теоретично отношение най-съществен е въпросът, свързан с намирането и уточняването на зависимос­тите за влиянието на различните параметри (плътност на тока, температура, концентрация и наличност на прибавки в електро­лита, подвижност на йоните и др.) върху дисперсността и струк­турата на отложения метален прах.

Аналогични проблеми .от инженерен и теоретичен характер съ­ществуват и в областта на получаването на метални прахове и по другите методи (карбонилен, цементация). Безспорно е обаче, че най-перспективни и интересни са решенията на такива проблеми, които могат да доведат до създаването на принципно нови мето­ди за получаване на метални прахове и тяхното внедряване в. промишлеността.

Формоването на праховете е операция, с която се цели да се* [ отстрани свободното преместване на частиците на праха една : спрямо друга и да се придадат определена якост, форма и раз­

мери на получаваното изделие.Основните методи за формоване на метални прахове, които

понастоящем са намерили приложение в практиката на прахово- металургичното производство, са следните:

1. Пресоване в затворени пресформи (на студено или на горещо)-

ГЛАВА 2

ФОРМОВАНЕ НА МЕТАЛНИТЕ ПРАХОВЕ

64

2. Мундщучно пресоване (на студено или на горещо).3. Изостатично (хидростатично) пресоване.4. Шликерно леене.5. Валцоване.

С

4иг. 2.1. Схема на едностранно пресоване:а — засипване на праха в пресформата; 6 — пресоване на праха; в — изтласква­не на брикета; / — подложка; 2 — матрица на пресформата; 3 — поансон; 4 —-

бутало на пресата; 5 — метален прах; 6 — маса на пресата; 7 — пръстен

От всичките методи най-широко разпространение е получил методът на пресоване на метални прахове в затворени пресформи. Той се състои в следното: в специална (обикновено метална) прес- Форма. монтирана върху масата на преса, се насипва определена 'йпрпияметален пра~хи чрез поансон се предава съответно нддя- г я н р от.пресата в ъ р х у праха, в резултатна което прахът.ср. ф о р ­

мова във вид на брикет.^Принципна схема на пресформа с най- проста конструкция и начинът на нейното действие са показани на фиг. 2.1.

X 2.1. Физични основи на пресованетог

,«> Отнасянето на металните прахове в пресформата при дейст- у вието на налягането, упражнявано чрез поансон, е подобно на от­’ насянето на течностите. Но за разлика от течностите при прахо-

5 Праховата металургия в машиностроенето 65

вете се наблюдава значителна неравномерност в разпределението на налягането. Поради триене на частиците една в друга, заклин- 1зане и други фактори, затрудняващи преместването на частиците встрани, върху стените* на пресформата се предава значително ло-ниско налягане, отколкото цо посока на пресоването. Тази част <от налягането, която се предава върху стените на' пресформата, ; се нарича странично налягане. . "} !

( В процеса на ^пресоването между външния слор на праха и ; стените на пресформата възникват сили на триене,, големината на I които расте с повишаване на налягането на ^пресоване. Триенето : на праха в стените на пресформата води до създаване на значи­; телен градиент на налягането по височината на пресования брикет.

Налягането е най-високо непосредствено под поансона и с отдале­чаване от него се понижава. Сили на триене възникват и между повърхностите на поансона и пресования брикет. По такъв начин се наблюдава неравномерно уплътнение на праха и по напречното сечение на брикета.

, При пресоването частиците на праха са подложени на еластич­н а и пластична деформация, в резултат на което в орикета се ; натрупват значителни напрежения. След снемане на налягането : брикетът—са-схрами дя ге рязптири за сметка на тези напрежения.I Разширението по направление, перпендикулярно на направле­нието на пресоване, е възпрепятствувано от стените на пресфор­мата. По направление на пресоването се наблюдава само ^ р и н - но разширение, тъй като силите на триене между външната по­върхност на'пресования брикет и стените на пресформата въз­препятствуват дълното_разширение и снемане -на- остатъчнитенапрежения. Обикновено пресованият брикет след снемане на на- л лягането е здраво закрепен в кухината на пресформата. В резул­тат на това, за да се извади брикетът от пресформятя, р н еоб­ходимо да се приложи определено_налягане, наречено нялягднена изтласкване. След освобождаването на брикета от пресфопмата

I Напреженията, натрупани в него в процеса на- пресоването,~Пред- ' извикват разширение както по посока на пресомнето^гяка и в

посока, перпендикулярна на нея. Това явление се нарича еластич­но последействие. '—-^сно е, “че процесът на пресоване е съпроводен с редица слож­

ни явления, подробното изучаване на които е необходимо за ус­тановяване на оптимални режими на пресоване, за разработване на нови конструкции, за изчисляване на пресформи и др.

66

V 2.1.1. Зависимост между налягането на пресоване ' и плътността на /брикета

Изедедването на процеса пресодяне при едностранно прилага- не_ на налягане показва, че с повишаване на относителното наля­гане плътността на брикета се увеличава неравномерно. В нячял- ните моменти на пресоването ' “— —незначително повишаване на налягането води до значител­но увеличаване на плътността на брикета (I етап), след кое-- то зависимостта променя хо­да си (И етап) и накрая дори лри много високи налягания увеличението на плътността е незначително (III етап)(фиг. 2.2).

; При насипване на праха в I пресформата неговите частици

се разполагат ХаоТйчно в- ку­хината й, като образуват т. нар. „мостчета“ или „ар­ки“. Това нагледно може да се представи с модела, пред­ложен от Зеелиг (фиг. 2.3 а), в който частиците на праха се имитират от каучукови шайби [1]. Плътността н? ня.„ сипания пряy в тпзи глуиай—е равна~~ЯаП1еговата~насипна маса. Прилагането на външно на­лягане към „такъв свобод но насипан прах води. до рязко уве­личаване на неговата плътност, което се обяснява с факта, че в началния етап на пресоване при ниски налягания прахът се уплътнява за сметка на "преместванего__н^_цает.ици-т€- му една спрямо друга, докато постепенно се запълнят всички кухини и пори (фиг. 2.3 б). Преместването на частиците под действието на приложено налягане протича неравномерно в обема на брикета. Частиците, които се намират в благоприятни условия, се премест­ват до най-близките кухини със скорост, приблизително равна на скоростта на преместване на поансона, като при това триенето помежду им е незначително. Скоростта на преместване на дру­гите частици, намиращи се в тесен контакт една с друга и осо-

Фиг. 2.2. Зависимост на плътността на брикета от налягането на пресоване

67

бено със стените на пресформата, е значително по-малка. Про- I цесът на уплътнение в .тпяи етяп протича пп мпмрндя^когат^ сё

д5'с,гигНе~1Гай-плътдата л пак&ик-а—нд—дягтипи1е.^По-нататъшното уплътнение'може да се- постигне^главночрез-деформация на ча-

Фиг. 2.3. Модел на разполагане на Фиг. 2.4. Схема на етапите на пресо- прахосбразни частици: ване на прахове на пластични метали

а — състояние на свободно засипване;6 — запълване на кухините

ко щ еди да се завърши запълването на кухините, образувани вследствйе^на арШвия~~^фект^ Тойа е свързано с неравномерно раз­пределение на частипите. със заиепване помежду имт зяклшшане и т. з .

На фиг. 2.4 а,б ,в е показана схемата на етапите на уплътне­ние чрез деформация при пресоването на прахове от пластични метали. Когато се пресоват прахове на крехки метали, деформа­цията се проявява в разрушаване и надробяване на острите краи­ща на повърхността на частиците.

Забавянето на уплътнението с повишаване на налягането на пресоване е свързано главно с увеличаване на площта на кон­тактните участъци и съответно с прогресивно наклепване ~на ча­стиците; ~кб€то "затруднява- протичането^ на процеса на дефор­мация. ___ - ~ ~ ^ -

Характерни зависимости на относителната плътност на бри­* кетите от налягането на пресоване на редица метални прахове са,

посочени на фиг. 2.5. Както се вижда от тези данни, уплътнение­то протича най-бързо* когато се прилагат налягания д о .300—500 MN/ra2 (3—5 Mg/cm2), след това темпът на увеличението на плът­ността намалява и накрая при налягания над 1000— 1500 MI'F/m2 (10—15 Mg/cm2) уплътнението практически се прекратява.

68

Аналитичният израз на зависимостта на плътността на брике­тите от налягането на пресоване е занимавал редица изследовате­ли [2—6].

.Като основа за създаване на контактна теория на пресоването на металните прахове служат трудовете на М . Ю. Ьалшин [7, 8 ],

!о100

500 1000 1500 2000 2500Р, МЫ/т 2

> Фиг. 2.5. Зависимост от относителнатаплътност на брикета от налягането на

пресоване:1 — сребро; 2 — вихрово желязо; 3 — мед; 4 — редуцирано желязо; 5 — никел; 6 — молибден

в които от анализа на контактното взаимодействие на частиците на праха са изведени следните уравнения на пресоването:

Ш /7 т а х -^ = Ц Р - 1),

Ш/>та х - 18Р = /Я ^ Р ,където

р е налягането на пресоване; р — относителният обем на брикета;

р Шах — налягането при максималното уплътнение;Ь и т — фактори на пресоването, приблизително постоянни в

значителен интервал на налягания.Уравненията са изведени при допускането, че контактното_на-

лягане е постоянно, че законът на Хук е валиден при процесите "на~пластична 'деформация и~др!

Г"А. МеерсОН [91"сЖд критичен анализ на допусканията, на­правеният М. Ю. Балшин при извода на двете уравнения, е из­казал мнение, че второто уравнение е по-рационално.

Да сравним нарастването на относителната плътност на бри­

69

кета с относителното нарастване на неговото контактно сечение11 ^Относителната плътност = — се стреми към единица

------------------------------------- ------ ------------Р А Ро _ _ _ _ _ _ ----------при условие, че порестостта се приближава към нула (р е плът^

"Ността на брикета; р0 — плътността на компактния метал; 0 — от­носителният обем). В свободно насипно състояние за праховете ^«*0,15—0,3 и р = 3 —6.

Да изразим степента на уплътнение на сечението на брикета с отношение на контактното сечение към пълното сечение: /5бР. С нарастване на това отношение уплътнението на материала се стреми също към единица, както (I и 'р. Обаче в изходните пра­хове отношението /Бвр има стойност от порядъка на 10_3 и по-малко. Следователно то расте с нарастване на уплътнението много по-бързо от (I. Това може да се изрази с достатъчна за практиката точност в обща форма по следния начин:

5к

РАко допуснем, че липсва уякчаване на частиците, -р— = ак =

------ ------- ---------------------------------------------- ------------------------------ ----------- к= const, където ак е н апд е ж е н и е то_ла контакта между частиците приблизително равно на твърдостта на метала по Майер.

’От“ двете уравненияполучаваме, че

Р 1 р 1— или —°кА р Р“ °к Р*

В логаритмична форма се получава

lg p = -m lg p + lg o K или ,

\g p = -m \g $ + \gp maxj

където ртт= е налягането, при което се получава нулева по- рестост (при условие, че липсва наклеп на частиците).

На фиг. 2.6 е дадено отношението \gpl\gd за някои метални прахове, широко употребявани в промишлеността (по данни на фирмата „Берк и Ко“ [10]. Както се вижда, в повечето случаи зависимостта е линейна.

1 Под контактно сечение 5к се разбира сумата на проекциите на контактните участъци между два напречни слоя частици върху плоскостта на сечението на брикета.

70

В. Джонс [10] извежда уравнение от вида

d=>kL+ k2p ' i ^ k %p,където

d е относителната плътност;р — налягането на пресоване; . :

k v k2, k3 — константи.Оттук авторът идва до заключението, че връзката междуг на­

лягането и плътността в областта на практическите стойности н&. наляга нията 70—700 MN/m2 <7—70 kg/ш т 2) може с прибли­жение да се опише с уравнение на парабола или с уравнение от типа

d = k l + k2p*’>,което има общ характер. »

Г. М. Жданович [11] допус­ка, че в зоната на контакта ла частиците материалът се намира в напрегнато състояние, близко до граничното, и като използува условията на граничното напрег­нато състояние, теоретично оп­ределя големината на контакт- ното налягане, а след това от­чита контактното триене и чрез. интерполация стига до израза

Р =dn - d 0"

1—do”■рк.

където. 20 3 0 ,iO 50 6070809010b

Относителна плът ност , %

Фиг. 2.6. Диаграма налягане — относи­телна плътно'т за различни праховб

в логаритмични координати(

- р к е налягането на из-тикане на макси- мално '> заякчения

: метал;d, d0 — относителната плътност в даден и начален момент-;

п — показател-на заякчаване, определен теоретично илй експериментално от диаграмите на пресоване. 1

Описаните * уравнения с по-голяма или по-малка степен на -точ­ност дават възможност да се определи усйлието на пресовайе,

необходимо за получаване на дадена плътност в условията на идеализиран процес на пресоване, т. е. при отсъствие на външно и вътрешно (междучастично) триене.

2.1.2. Странично налягане

При пресоването 'йа праховете в пресформи част от приложе­ното налягане сеГ изразходва" като налягане върху стените на пресформата.1 Връзката между приложеното и създаващото се странично налягане при наличност само на еластична деформация може да се определи по следния начин.

Да отделим мислено от брикет, достигнал 100% плътност и намиращ се под вертикално налягане р в , куб с дължина на ребрата 1 сш, успоредни на координатните оси, при което оста г е успоредна на посоката на налягането (фиг. 2.7).

Действието на налягането предизвиква свиване на куба във вертикално направление (ос г) и разширение в хоризонтално (оси х и у). Тъй като кубът е обкръжен с метал, той не може да се разшири, вследствие на което възникват странични напреже­ния р с .

Да разгледаме измененията на размерите по оста х при при­ложено налягане по оста г. Относителното напречно разширение

72

в направление на оста х е пропорционално на коефициента на Поасон р, и вертикалното налягане р в и обратно пропорционално на модула на линейна деформация Е, т. е.

Ахг = 11 £ В •

От друга страна, странкчното налягане р с по оста у също ще предизвика разширенке по оста х:

Аху — Е ‘

Страничното налягане р с по оста х ще предизвиква свиЕане по оста х:

При условие на равновесие Ахг + кху + Д х ^ = 0 или - ' / в +Е, \ i . p c Рс „ . . .+ — £ = 0 ; [1/7в = р с (1—ц);

Рс _ _ г

£» 1—11 - Същата зависимост може да се изведе и за страничното на­

лягане по оста у.Величината т. е. отношението на страничното налягане р с

към налягането на пресоване р в , равно за „компактен“ брикетна, се нарича коефициент на странично налягане. Връзката

между коефициентите на странично налягане на „компактен“ и порест брикет се дава с уравнението

кг детое коефициент на страничното налягане на порест бри­

кет;§ — коефициент на страничното налягане на компактен

метал;сI — относителната плътност на брикета.

Коефициентът на Поасон за компактен и порест брикет се определя от израза

или

Р 1+05 1- ( 1- ф •И. М. Федорченко и Р. А. Андриевский [ 12] изтъкват, че идея­

та на М. Ю. Балшин за зависимост на £ и р, от плътността на брикета трябва да се счита за правилна, обаче самият характер на тази зависимост се нуждае от уточняване, тъй като изведенит те формули са недостатъчно обосновани и не винаги се съгласу­ват с опитните данни.

За аналитичното изразяване на 5 са предложени в литерату­рата и други формули, които се основават на условията на триене в прахообразни тела. От тях най-близо съответствува на експе­рименталните данни изразът

1 = 0 ? ( 4 5 ° - ^ - ) ,

където р е ъгълът на триене.По мнението на М. Ю. Балшин [7] тази формула за коефици­

ента на странично налягане е характерна за праховете в свободно насипно състояние.

г ря-нипнп-т-п-. ня ггстгрнр нр р погтояннп по височината на пре­сованите брикети. В едно изследване!1ЬI е показано, че в лолн^г те слоеве на брикета от железен прах с височина 7 с т странич’- ното налягане в сравнение с налягането в гопните глприе на об: разеца е намя.прнп г 40—йГ)о/Р. -Опррпрлянртп на големината на страничн^тоналягане е необходимо в практиката при пресмятан^ на размерите на пресформите.

А2.1.3. Загуби на триене и неравномерна плътност 1на брикета -

Практиката показва, _че горната част на пресования брикет ви* наги е по-уплътнена от долната. Това се дължи на Лакта че силите на триене, възникващи между частиците на праха и сте­ните на пресформата, намаляват стойността на осовото (верти­калното) налягане, предавано от поансона вьрху брикета.

Да означим силата, която се предава от поансона върху гор­ната повърхност на брикета, с Рг, а силата, която се получава в основата на брикета — с Р2. Разликата им е равна на силата нй външно триене ДР = Р г—Р2.

74

Нека мислено отделим от брикета участък с височина в който вертикалното и страничното налягане приемем за постоянни. Тогава :

Л Р=рс . [А=/?с . ^ . {!=/? . £ . й /7,.. |Л=/7 . £. Ц . 7г£Ш

<1Р$ = /?. 5. ц . тсО. (Иг.Отношението на силата на триене към общата приложена

сила еАР ____ р % . [ 1 . п О . Л 1г 4^(1. & Ь . 1

Р яОа — ОР 4

След интегриране се получава

1п-^ ~ = 4 - ^ Т Г или

Р2 = Рг - е~^1~о ■Допуска се, че коефициентът на странично налягане \ не за­

виси от налягането на пресоване р. Тъй като произведението [1. в широки граници на налягането е постоянно, полученото уравне­ние се запазва.

Както се вижда, при наличност на външно триене вертикална­та сила на пресоване намалява по височината на брикета по експоненциален закон.

Възникващите на повърхностите на съприкосновение на поан- сона с брикета сили на триене също водят до неравномерно раз­пределение на плътаа&¥Фа-в, пресованите изделияГТозй въпрос- *е изучаван от редица изследователи [7, 9, 13, 14, 15].

Така например разпределението на плътността и твърдостта в железни и медни брикети е изследвано от Ункел [15].

След пресоване брикетите били разрязвани на кубчета с обем около 1 сга3 и била определяна тяхната плътност и твърдост. Тези характеристики, както показали експериментите, се изменят аналогично. Получените данни (фиг. 2.8) показват, че най-голяма плътност имат горните периферийни участъци на брйкета^Нри

“Това в горния слой на брикета плътността и твърдостта се уве­личават от центъра към краищата на брикета. В слоевете, раз­положени по страничната повърхнпсх-яа—брикета. . плътността и твърдостта намаляват с отдалечаване от края на поансона. Тъй каЧи в слиеьсте, близки до стените на пресформата, намаляването на вертикалното (осовото) налягане поради външно триене е мно­

75

М д/гп'Т въ р д о ст Н В , М Ы ! т 2

6,16 5,64 5,ВО540 620 190 Ш

5,58 5,58 5,53 550 то СО Ж

5,28 5,39 4 98т и 550 550 ш

510 460 470 ж4,84 4,60 4,91

Л1Пт 370 3604,66 4,13 4,61

т 340 36С270*4,23 4,55 4;/7 300 301 27С23С Г '!

го по-значително в сравнение със средата на брикета, в основа­та му плътността на периферийните участъци е по-малка от тази на централните. По такъв начин в долната част на брикета раз­пределението на плътността и твърдостта е противоположно на

това в горната част.Важноследствие за практиката е,

че приТйличност на външно триене рязксг её" ограничава височината на брикета; когато е необходимо той да се-получи с равномерна плътност. Дори при' най-благоприятни условия едностранното пресоване практиче­ски е непригодно за получаване на брикети с отнош ение на височината към диаметъра на напречното сече­ние. по-голямо от 8. Увеличаването

]~на диаметъра на пресформата, нама- ; ляването на височината на брикета и

намаляването на коефициента на вън­шно триене (използуване на мазилни

\ материали) допринасят за намаляване \на градиента на налягането по висо­чина, т. е. за по-равномерно разпре­деление на плътността.

. Неравномерността на разпределение ■\ на плътността в пресованите брике- | ти може в значителна степен да бъде ! отстранена чрез използуване на метода■ на двустпанно ппесовяне. когато наля­

гането върху брикета се подава отгоре и отдолу. На"фиг. 2.9 е пока­зано изменението на плътността при едно- и двустранно пресоване на меден прах със и без добавки на мазилни вещества в зави­симост от височината на брикета в компактно състояние. При добавяне на графит към медния прах намаляването на плътност­та по височината на брикета рязко спада. При двустранно пре­соване разпределението на плътността е по-равномерно, въпреки че в центъра на брикета възниква зона с намалена плътност.

За да се достигне по-равномерно разпределение на плътност­та в пресованите брикети, на практика освен до използуването на мазилни вещества и двустранно пресоване се прибягва и до т. нар, пвеспиянр с излдлптагте— иа=чжшхр. на -хвиене. Въпреки че външното триене е основна причина за неравномерно разпре-

Фиг. 2.8. Разпределение на плът­ността и твърдостта по височи­на и напречното сечение на бри­кета, пресован от редуциран же­

лезен г.рах

76

деление на. плътността, в редица слутаи то може да се използу­в а ^ намаляване на тази нееднородност. Пресоването с/използу­ване на силите на триене се осъществява в пресформи с плава­щи «трици или с подвижи игла. Принцштно обдо прим есване“

^ йЬОО ^ 6200 ^ 6000 £ 5800 | 5600 % 5400

^ 5200

' ь—-1<•?

Чн4

•V

А.

Разстояние от горния шансон, тт ~

Фиг. 2.9- Изменение на плътността по височината на брикета:

1 — мед без графит, пресована едностранно; ^—същото + 4% графит; 3 — мёд без графит,

пресована дьустранно

Фиг. 2.10. Схема на пресоване при преместване на матрицата спрямо

иглата

сизползуване на силите на триене е, че се осигурява преместване !на матрицата или иглата спрямо повърхността на пресования брикет. Тови води до разместване на слоевете на праха, влизащи в съприкосновение със стените на пресформата или иглата, и изравняване на плътността по височина (фиг. 2.10).

Когато се пресоват изделия със сложна форма с променливо сечение, за да се получат висококачествени брикети, е необходи­мо 'Д З^^оси гури еднаква плътност по целия обем на брикета. В противен случай-при изваждане на брикета в местата на кон­тактуваме _на. .участъците с нееднаква плътност в резултат на преразпределение на напреженията могат да се появят пукна­тини или разслояване. Нееднаквата плътност може да бъде при- чд_на_и_за„н£равйом.ерна деформация при спичането. Обикновено за целта при пресоването на изделия със сложна форма се из­ползуват няколко поансона, които в процеса на пресоването се преместват на различна височина, чрез което се постига посто­янство на степента на уплътнението, т. е. на отношението на височината на насипването на праха към височината на пресова­ния брикет в различните участъци. Принципна схема на пресова-

ВИВЗШОТЕКДШасшг® жхнв'г.хшэ 77

не на сложно изделие с пресформа с плаваща матрица и състав­ни поансони е показана на фиг. 2.11.

Освен триенето на праха в стените на пресформата при пре­соването играе роля и триенето между частиците на праха, кое-

а

I 17 77 / /У 77"в 8

Фиг. 2.11. Схема на пресоване, на сложно изделие: и — състояние на засипване; б а е — междинни етапи; г — краен етап

то понякога се нарича вътрешно триене за разлика от външното триене. Вътрешното триене оказва влияние върху налягането, необходимо за достигане на определена плътност, но не и върху неговото понижение по височината на брикета. Това влияние мо­же да се прояви само при сравняване на разпределението на плътността на брикетите, пресовани от различни прахове, тъй като коефициентът на страничното налягане зависи от характе­ристиките на вътрешното триене. К оеф ициентът ня вътрешното триене е неколкократно по-голям от коефициента на външното твиене. което се обуславя от~несъвъР1Иенивииз на попърхтюгт^. т ?) прахообразните частитти.

Важно практическо следствие от наличността на вътрешно триене е затруднената течливост на праха в направление, перпен­дикулярно на направлението на пресоване. По^яяи тпия не е възможно да с£_пр£азва-т—изделия-хъс значително изменение на профила на сечението в направлението на~~пресоване. .Това е прйнцшши" недостатък на метода~на~праховата 'металургия поне по отношение на прилаганите понастоящем начини на пресова­не [10].

2.1.4. Налягане на изтласкване

Под налягане на изтласкване се разбира щшягането, необхо-п ^ р ад т-гчйут-валр ня брик-ртя Г>Т Ппесф ормятяг- Няли!лицч.и и..изтласкване е пропорционално на налягането на пресоване; то

78

L кзависи от коефициента на триене и от коефициента ня Поасон.

\ Ако след снемане на външното налягане с орикета не^биха-ш^; стъпвали никакви промени, в този случай налягането на изтлас­

кване би било равно на силата на триене на праха в стейите наj пресформата. След_премахване на налягането обаче пресованият брикет се ^велш ава-^даГвисочина и страничн5ТТ) наляга-неТ е пони-

Ь. Гончаиоиа |~Кт|г-&де7г <7ятп лягането на пресоване при железен прах, се наблюдава пониже­ние на страничното налягане с около 35%- За прахове на пластич­ни метали, които имат ниски стойности на еластична деформация,

~мТ5же ~Да"се очаква пе^добро съвпадение на налягането на из­тласкване със силата на триене.

За малки и средни налягания на пресоване — до 300—400 MN/ma (3—4 Mg/cm2), може да се приеме, че налягането на изтласкване е около 0,3 от налягането на пресоване р. То се повишава с увеличаване на височината на пресованите брикети и се понижа­ва при използуване на мазилни материали и добре обработени пресформи.

Аналитичният израз за налягането на изтласкване може да се получи от условието

като се вземе пред вид зависимостта на р от височината на бри­кета, но получаването на числени резултати е затруднено поради отсъствието на сигурни данни относно коефициентите на триене в двойката пресован брикет — стени на пресформата и коефици­ентите на странично налягане.

2.1.5. Еластично последействие

1 След отстраняване на налягането и след изтласкване от прес­/формата пресованият брикет претърпява еластично разширение в /резултат на действието*"на Б-ЬТреШни напрежения. Както беше /вече отбелязано, снемането на общото налягане води към пони- гж аван е^а страничното налягане и еластично разширение на бри­

кета по~височина. Процесът на еластично последействие завърш­ва след изтласкването на брикета от матрицата и води до уве­личаване на размерите му както в направление на пресоването,

_чака и в перпендикулярно направление,-Познаването на закономерностите на еластичното последейст-

79

вие е важно при проектирането на пресформи за пресмятане на възможното увеличение на размерите на брикета.

В редица случаи еластичното разширение на брикета след из­важдане на матрицата води до появяване на пукнатини и разсло­яване.

Еластичното последействие зависи! от характеристиките < на праха (дисперсността и формата на частиците, тяхната твърдост, съдържанието на окиси), стойността на налягането на пресова­не, наличността на мазилни вещества и други фактори.^Вследст­вие на еластичното последействие напреженията на контактните

"участъци се снемат частично и повърхността им намалява. — ~ Големината на изменението на размерите за сметка на "ела­

стичното последействие в направлението ня пресоияне достига 4^ 5—6°7оАа в перпендикулярно направление-ь1—Зо/о^Дези разлики

са свързани с неравномерните условия на дофирйацията при пре­соването (страничното налягане е значително по-ниско от осовото), също и с еластичната деформация на матрицата, която след снемане на налягането обуславя увеличаването на височината на брикета.

д 2.1.6. Изменение на структурата и свойствата на металните прахове при пресоването

В процеса на пресоване с повишаване на- налягането се уве­личава и плътността на брикета. В граничен случай при много високи налягания плътността на брикета се стреми към плътност­та на компактния метал. Обаче такава степен на уплътнение при обикновените температурни условия на пресоване се достига много рядко. Достигнатата плътност зависи от стойността на приложеното налягане, от природата и физическите свойства на праха.

. Основните причини, които затрудняват получаването на без­) порести брикети, са: уякчаването на частиците при деформация в резултат на наклеп и необходимостта от прилагане на високи

I налягания, превишаващи границата на провлачване на пресования I материал.

В свободно насипно състояние допирната площ между части­ците е много малка. В началния период на пресоване уплътнение-

\ то се осъществява главно за сметка на взаимното преместване ! на частиците и запълването на кухините между тях. С изчерпва- 1 не на възможностите за относително леко преместване, протича-

80

що при невисоки налягания на пресоване, започва деформация на частиците, за която са необходими по-високи налягания. Де­формацията на частиците, която в зависимост от характера на материала може да бъде пластична или крехка, започва преди всичко в местата на контактите, чрез които силата на пресоване

I fee предава от частица на частица.За да се осигури възможност за по-нататъшно уплътнение, е

необходимо напреженията, в допирната площ, да('превишават-^раницата на провлачване на материала (при пласти-

мате[Шл]Гили допустимата му якост (при крехък материал-),С увеличавано на игсиинтЗ на уплътнение се увеличава до­

пирната площ между частиците и расте якостта на материала за сметка на наклепа в зоната на контактуване, което изисква по-нататъшно повишаване налягането на пресоване. Ако това условие не се спази, уплътнението на брикета се прекратява.

В зависимост от приложеното налягане пластичната деформа­ция на всяка отделно взета частица може да бъде локализирана около зоната на контактуване и само при много високи наляга­ния, превишаващи Траницата на провлачване на пресования метал, f деформацията може да обхване целия обем на частицата. д

Вследствие на неравномерността на разпределение на наляга- ' нето между частиците, което зависи от редица фактори (форма­та и размерите на частиците, тяхното взаимно разположение и др.), пресованият брикет се състои от частици с различна степен на деформация и напрегнатост.

В процеса на пресоването настъпват важни изменения на фи­зическото състояние на частиците на праха, като разрушаване на повърхностните слоеве от окиси и адсорбирани газове и въз- h нйкЕане на метален "контакт в някои места. Външната проява на// процесите на деформация се изразява в това, че сферичните ча стици се превръщат в многоъгълници, едрите конгломерати о: частици се разединяват, острите краища се разрушават и части/ ците се разполагат със своето плоско сечение перпендикулярна ( на направлението на пресоване. ,

Подробни рентгенографски изследвания, проведени на съвре­менно ниво и третиращи дефектите на кристалната решетка $ пресованите^ёрйкети, в литературата не са описани. Има обаче сведени^к^тГ] за наличност на значителни напрежения в медни брикети, пресовани при налягане 3000 MN/m2 (30 Mg/cm2) до порестост 3%. Б. Я. Пинес е установил в брикета на никел, мед и желязо напрежения от втори род [18]. По начало деформация­та нр. натиск води към значително по-малки изменения в крис-

б Праховата металургия в машиностроенето 81

талната решетка в сравнение с другите, видове деформация. За­това при пресоване на брикети с порестост до 10—30% дефор­мацията на кристалната решетка, възникваща в самия процес на пресоване, не е голяма и както са показали опитите на Р. А. Андриевски и И. М. Федорченко [19], не оказва влияние върху процеса на спичане.

При пресоването започва формирането на физико-механичните свойства на металокерамичните тела, което завършва в процеса Hâ спичане. Обикновено порестостта на пресованите изделия не е по-ниска от 10%, а най-често е 15—30 %. При тези условия площта на металните контакти, т. е. местата с метална връзка, където не се наблюдава макроскопска граница на разделяне между частиците, е малка.

.«Якостта на пресдва^нигв-брикети се обуславя главно от взаим-

(цото преплитане и зацепване на частиците. Окисните ципи, ад­сорбираните газове и мазилните вещества служат като препятст­вие за установяване на метален контакт. Металният контакт възиикза в тези месга на брикета, където контактните участъци претърпяват пластична деформация. При отсъствие на пластич­на деформация между отделните частици действуват само Ван- цер-Ваалсови сили.

V Редица експериментални данни доказват, че условията на за- ( дадзане влияят върху якостта на пресованите телаГ'Такй' напри- ^.мер от прахове с ниска насипна маса след пресоването се по- тучават брикети с по-високи якостни свойства, което се обяс- шява с по-разклонената форма на частиците.

Якостта па опън на пресованите брикети е много ниска — тя обикновено не превишава 0,2—0,6 MN/m2 (2—6 kg/cm2). Затова за изпитване на пресованите брикети по-широко се използуват методите за определяне на якостите на огъване и натиск, стой­ностите на които са по-високи от тези на якостта на опън. Тези характеристики са чувствителни към наличността на мазилни ве­щества и други неметални добавки, които значително понижават якостта.

Свойствата на пресованите тела са анизотропии, което се обя­снява с неравномерно разпределение наш Ш и aiiàco при пресова­нето. В резултат на това, че усилията по направление на пре­соването са по-високи от тези в перпендикулярно направление, съответно и свойствата по направлението на пресоване са по-ви­соки. Коефициентът на анизотропия се увеличава при преминаване от пластични метали към крехки в резултат на намаление на коефициента на Поасон (съответно £ и р с ). По-високата якост82

на брикетите от прахове на пластични метали от тази на прахо­вете от крехки метали се обяснява не само с по-голямата плът­ност на брикетите, но и с по-интензивното увеличаване на площ­та на контактуване между частиците и с по-малката стойност на еластичното последействие.

[есоването на металните поахове се състои от няколко опе­рации:

а) Тщиготвяне на прахообразна шихта със съответен химичени гра^лометричен’,'състак......

6Т дозиране и насипване на шихтата в пресформа; в | пресоване и .изваждане на пресованите изделия;г) контрол на качеството на пресованите изделия.

2.2.1. Подготовка на праховете за пресоване

Подготовката на металните прахове за пресоване има голямо значение за изработването на металокерамичните изделия, тъй като често качеството на прахообразната шихта силно се отразя­ва върху крайните свойства на готовите изделия._ ..Приго-твянета- на -шихтта-се- състои -в- -очистване на прахове­

те, механична или термична обработка, разделяне на фракции по големина на зър н ат а~ ~смесване, гранулиране и т. н.

'"'Много често металните прмеве-с-а замърсени с различни при? меси (продукти от износване на материала_на мелниците и меле­щите тела, окиси и др.). Затова преди приготвяне на шихтата праховете се очистват по химичен, хидромеханичен и магнитен ме­тод» В някои случаи праховете се подлагат на специална меха­нична обработка и отгряване за съответно изменение на грану- лометричния състав и физикохимичните свойства.

Механичната обработка се състои в допълнително изситняване на праховете и обикновено се извършва в малки топкови мелни­ци с обем 0,05 — 0,2 т 3. При обработване на прахове от пластич­ни метали, склонни към наклепване, е по-целесъобразно да се използуват чукови мелници.

Отгряването на граховете се извършва с цел да се свали на­клонът, да се. .н ^ал я т ' твърдостта~и'"съдържанието на окиси, да.- се коригира . химическият състав в резултат на отстраняване на

2.2. Практика на пресоването

83

въглерода и други примеси и да се подобри физикохимичната еднородност на частиците, ^подучени" от сплави и лигатури.

; 3а снемане на наклепа и намаляване на твърдостта отгряването ' се провежда при температури над температурата на рекриста- лизгция на метала — обикновено 0,5—,06 от абсолютната темпе-

/• ратура на топене на метала.. За химично рафиниране и особено за п о д о б р я в а н е на физико- Пхимичната еднородност на праховете, получени от сплави или Улигатури, отгряването се провежда при температура около }0;75 ^от абсолютната температура на топене на метала. Отгряването при високи т ем-и&рятури се съпровожда с уедряване на частици­те н& праха и и^есхно-хцщтане» затова след висохотемпературно отгряванетграховете се подлагат_тпггсмилан е~и” п овт ор н о ниско- температуржгатгряване. Независшую-^т-температурата отгряването винаги се провежда, в защитна или редукционна атмсс^ера.

Най-често на отгряване се подлагат праховете, получени чрез механично изситняване, чрез електролиза и разлагане на карбонил- ни съединения. Тази група прахове съдържа значителни количе­ства окиси, разтворени газове и обикновено частиците са накле- пани, което влошава тяхната пресуемост. Праховете, получени чрез £едукция, рядко се подлагат на отгряване, с изключение на случаите, когато е необходим^~д1Г~с'е~гсШШ1т чистотата”на праха или при необходимост от уедряване на дребните частици, напри­мер за намаляване на тяхната пирофорност.

За получаване на прахове от частици с определен размер или с определено съотношение на различните фракции се провежда

-( класификация (пресяване) на праховете. Под класификация на I праховете^^язбигш^вазделш1£до-^ш--по_£одемината на частиците \ на отделни_фракции с цел хлед това да се шихтоват точно по I необходимия размер шГчастиците. Прахбвете от някои фракции

при това могат да ~1не- се~~й5пто1зуват. Така например ситните фракции не се използуват в производството на металокерамични филтри, а най-едрите фракции в повечето случаи постъпват за допълнително смилане. Праховете се пресяват на сита или чрез въздушно сепариране.

Класификацията с помощта на сита се провежда само за гру­би и средни по едрина прахове с минимално допустима едрина 40—50 [лт. При големина на частиците под 20 ц т се използува въздушна сепарация. Ситата, които се използуват, са изработени от копринени, бронзови или никелови нишки. Праховете се пре­сяват през едно или няколко сита с определена едрина на мре­жата. Праховете на?медта, никела и среброто обикновено се

84

пресяват през сита номер 0,063 и 0,04, а железните прахове — през 0,15; 0,080; 0,056 (по ГОСТ 3581—53).

За пресяване в производствени условия се използуват различ­ни конструкции специални високопроизводителни механизирани сита. Ако в шихтата преди пресоването са били добавени пла- стифициращи или мазилни вещества, в процеса на пресяването е необходимо да се прилага ръчно или механизирано претриване през ситото.

Една от н аиьважщие-оператгии-прк "ггодго то вка та на прахооб- раз$ата шихта е ^смесването. От качеството на смесването и от еднородността на получаваната при смесването шихта в много’ голяма степен зависят свойствата на готовите металокерамични изделия. НРа смесване се подлагат прахове с различен състав, а така също и прахове с един и същи състав, но получени по различни методи или имащи различна зърнестост. В последните два случая при смесването се цели, като се запази добрата пре- суемост на шихтата, да се намали нейната стойност за сметка на частичното използуване на прахове, получени чрез по-евтини методи. Така например при производство на изделия от железен прах много често се използуват следните смеси от прахове: електролизен и редуциран, разпрашен и редуциран и т. н.

Смесването се извършва главно по два метода: механичен ихимичен. ... -

ТТри механияаи-те-»ач+ш»-на вмесване операциите на смилане и смесване jvioraT да се слеят, което в редица случаи, например в твърдосплавеното производство, е предимство на този метод.

Химичното смесване^ се извършва., чрез-цементация (отлагане от разтвор) върху повърхността на частиците на основния метал на метала-добавка, чрез изпаряване на воден разтвор на сол на метала-добавка при едновременно интензивно размесване с праха на основния метал и по някои други начини. Химичният метод дава възможност за по-равномерно разпределение на компонен­тите на шихтата, като всяка частица от праха на основния метал в резултат на смесването е обкръжена със слой от метала-до- бавка. Недостатък на химичният метод е неговата неунивер- салност.

^Вавййжерноетта—на- механичното смесване се определя от след- ните-фактори:.-размера ._j i -формата на частиците на смесваните компоненти; относителната плътност на компонентите; характера на средата, в каяхо~с&-провежда смесването; типа на смесителни- те съоръжения и_работните им параметри (вместимост, наличност на_м£дещи.тела;..ъглова скорост и др.).

85

За механично смесване на металните прахове се използуват топкови и вибрационни мелници, различни видове смесители: по- луконусни, конусни и др. Най-широко приложение в практиката на праховата металургия са намерили конусните смесители и сме-

Фиг. 2.12. Смесител тип „пияна бъчва“

сителите тип „пияна бъчва“ Тези съоръжения се използуват в случаите, когато компонентите на праха не бива да се наклепват, изситняват или когато смесването не трябва да води до обвива­не на частиците на единия компонент с другия (изработване на метало-графитните изделия). В тези смесители се смесват различ­ни фракции от един и същ прах или прахове от един и същ метал, приготвени по различни методи.

Смесителите от типа „пияна бъчва“ представляват барабан с ексцентрична ос на въртене (фиг. 2.12). Смесването на шихтата се постига чрез стръскване при въртенето й около ексентрична- та ос. Обемът на тези смесители обикновено е 0,1—0,5 т 3, като той се запълва с шихта до 30—40% от общата вместимост. Ъг­ловата скорост се подбира така, че шихтата да се притиска към

86

стените на барабана за сметка на центробежните сили и да не остава през цялото време в долната част на барабана. В произ­водствени условия ъгловата скорост на барабана се колебае в границите от 40 до 60 об/шт.

Фиг. 2.13. Двуконусен смесител:2 — конус; 2 — вал; 3 — стойка; 4 — редуктор; 5 — ка­

пак на люка; 6 — бункер за шихтата; 7 — количка

Конусните смесители (фиг. 2.13) са по-съвършени, тъй като имат по-висока производителност и осигуряват получаването на по-еднородна смес. Продължителността на смесването обикновено не превишава няколко часа.

В производството на твърди сплави, ферити и др. често се налага да 'се съчетав5т ЩзоНёситеИ’на смесване с допълнително изситняване на„частидите. на_ изходнят.е материали. В такива слу­чаи за смесване се .излолауват_. топкови и вибрационни мелници, при което частиците на по-леките и пластични метали (мед, ко­балт, никел й~~Др.) обвиват частиците на по-твърдите компонен­ти и .т^_^£азпределят 'равномерно в шихтата.

В зависимост- от средата, в която се извършва, смесването може да бъде сухо или мокро. Като течна среда при мокрото

87

смесване се използуват спирт, бензин, дестилирана вода, гли­церин, които се наливат в смесителите заедно с праховете. Мок­рото смесване осигурява получаването на по-фина и еднородна смес.

Понякога в практиката на праховата металургия праховете се гранулират с цел да се увеличи течливостта им при дозирането и да се подобри запълването на кухините на пресформата, а съ­що така и за да се подобри формуемостта на брикетите при пре­соването. Гранулирането се състои в създаване на временно устой­чиви конгломерати, съставени от сравнително голям брой прахо­образни частици.

За да се облекчи пресоването на някои прахове, в процеса на смесването или гранулирането могат да се добавят специални ма- зилни и пластифициращи вещества, които обвиват повърхността на отделните зърна, като улесняват тяхното приплъзване едно спрямо друго в процеса на пресоването и повишават якостта на брикетите. Като такива добавки се използуват органични разтво­ри на парафин, восък, каучук, камфор, а също и повърхностно- активни вещества — стеаринова киселина и цинков сгеарат. Освен добавките, които подобряват условията на пресоване, в шихтата могат да се добавят и вещества, които осигуряват необходимите технологични свойства на готовите изделия. Така например при производството на високопорести изделия се прибавят специални напълнители, които при излитането си при спичането възпрепят­ствуват образуването на закрити пори.

Голямо значение при смесването на праховете има контролът на качеството на приготвената смес. Необходимо е да се кон­тролира както еднородността на шихтата по целия обем, така и нейните технологични свойства: гранулометричен състав, насипна маса, течливост, пресуемост и т. н.

Ч Ъч 2.2.2. Дозиране и насипване на праха в пресформи

Дозирането на шихтата при пресоването се извършва по ма­са д^ли_дю_^бем.. В масовото производство при автоматично пре-

г сова не се използуваГхДаввхггобвмното ~ дозиране.ТХозирането по маса се прилага при неавтоматично пресова-

| не при дребносерийното производство, а също и когато е необ- ! ходимо да се получат много точни по маса изделия или когато

в състава на шихтата влизат благородни метали (злато, сребр0^

88

Масата на необходимата шихта за пресоване на едно изделие се пресмята по формулата

Q = V • рш ^1 -k1k2,където

V е обемът на готовото изделие, ш3;рш — плътността на шихтата в компактно състояние, kg/m3;П — зададената порестост на готовото изделие, % ;

ki >&а — коефициенти, отчитащи загубите на прах при пре­соването (&!= 1,005 — 1,09) и спичането (Аа=1,01 — 1,03).

При пресоване на многокомпонентна шихта рш се пресмята по,правилото за адитивност:

__ Pi • Ра ■ Рз- Рл

# 1-Р 2-Р з- ■ -Рп + # 2 • Pl • Рз- -Рп + + #„ • Pl • Р2- ■ •?/!—!

къдетоPii Рг> Рз. >рп са плътностите на отделните компоненти

в компактно състояние, kg/m3;Q\> Чъ <7з> — процентното (по маса) съдържание на

компонентите в шихтата.Както се вижда от формулата, за да се определи плътността

на шихтата, е необходимо да се знаят плътностите на отделните компоненти, влизащи в състава й.

При обемното дозиране количеството на шихтата се определя с помощта на специална мярка или чрез насипване на шихтата направо в кухината на пресформата, регулирана да поема опре­делен обем. Праховете трябва да имат постояина насипна маса. Обемното дозиране е по-неточно в сравнение с дозирането по маса, обаче е по-просто и по-леко се поддава на автоматизиране.

На фиг. 2.14 схематично е показан принципът на работа на автоматично обемно дозиращо устройство. От фиг. 2.14 а се виж­да, че ръкавът на захранващото устройство е подвижен и след като кухината на пресформата се запълни с грах, с помощта на специална приспособление той се прибира встрани, а след пресо­ване на изделието отново се подава към кухината на пресформа­та за ново насипване. Често захранващият ръкав изпълнява ро­лята и на автомат за отстраняване на пресованите изделия (фиг. 2.14 е). Такова автоматично дозиране на праха, макар и да осигурява висока производителност на пресоването, не може да гарантира постоянство на плътността на пресованите брикети,

89

особено ако пресоването се води до упор. В този случай всяко изменение в характеристиките на праховата смес (изменение на насипната маса, гранулометричен състав и ?. н.) води до получа­ване на нестандартна продукция по отношение на плътността.

6Фиг. 2.14. Схема на автоматично дозиране по обем:

а — засипване на праха; б — пресоване; в — изтласкване; 1 — матрица на пресфор- мата; 2,3 — поансони; 4 — бутало на пресита; 5 — ,плоча на пресата; 6 — метален

прах; 7 — захранващ ръкав

Най-точен метод на по диря нр. който—осигурява получаването на еднаква плътност на изделията е дозирането по маса, тъй като то не зависи от насипната~м~аса и тёчлйВггсття на праха. Но

} поради това, че дозирането по маса поглъща повече труд и е5 по-йископроизводително, то се препоръчва само в тези случаи, | когато получаваните изделия имат много тесни допуски по отно- ) шение ка плътността и размерите.

На фиг. 2.15 е показана схемата на автоматичен дозатор по маса. При празен дозиращ съд 8 контактът 2 е включен и за­хранващият ток постъпва към бобините 11 и 12. При преминава­не на тока се образува магнитно поле, под действието на което се отваря шибърът 9, а за да се увеличи скоростта на изтичайе на праха, на бункера 10 се предава вибрация. Когато дозиращият съд 8 се напълни с определено по маса количество прах, едното рамо на кобилицата се отпуска и изключва контакта 2, в резул­тат на което токът във веригата се прекъсва и шибърът Под действието на пружина се връща обратно, като затваря отвора на бункера. Едновременно с това чрез система от лостове 4 ме­

90

ханизмът за обръщане на дозатора 7, управляван от електромаг­нит, се задействува. След като дозаторът се освободи от праха, кобилицата под въздействието на противотежестта се връща в първоначалното си положение, контактът 2 се включва и цикъ-

Фиг. 2.15. Схема на автоматичен дозатор по маса:1 — противотежест; 2 — контакти; 3 — електромагнит; 4 — система от лостове: 5 — кобилица; 6 — стойка; 7 — аретир; 8 — чашка; 9 — шибър;

10 — захранващ буякёр; I I — бобина на вибратора: 12 — бобина на шибъра

лът се повтаря. Дозатор от подобен тип дозира порции прах маса от 5 до 500 д; той има производителност 600 порции на час. Грешката в дозирането на порциите не превишава 0,2—0,5%.

(\ Размерите на пресованото изделие, напречно на направлението [. на пресоване, се определят от размерите на кухината на прес-■ формата, затова те остават постоянни за дадена пресформа, оба- | че размерите по направление на пресоването (по височина) мо-! гат да се изменят при всяко пресоване в зависимост от редица | фактори.

Долу:«ава-нето на-определена. височина на брикета се осигуря­ва по два начина: чрез пресоване с ограничители на височината (т. нар, пресоване, до упор) и чрез пресоване по зададено отно­сително. .налягане.

При пресоването по първия начин дълбочината на вкарване

2.2.3. Техника на пресоването

91

на поансона в матрицата се регулира чрез специални ограничите­ли. Този метод осигурява висока производителност и получените изделия имат размери, които зависят от колебанията на характе­ристиките на праха само вследствие на тяхното влияние върху еластичното последействие.

Методът на пресоване по зададено налягане се основава на сравнително точното съответствие между приложеното налягане и плътността на получавания брикет за всеки вид прах. Затова, ако необходимото налягане се спазва точно, движението на поан­сона може да се регулира и по такъв начин се осигурява полу­чаването на нужната височина на изделието. За прилагането на метода на пресоване по зададено налягане е необходимо пред­варително да се построи диаграмата на пресоването, с помощта на която да се определи налягането, необходимо за постигане на зададената плътност. За да се получат постоянни размери, в то­зи случай е необходимо дозиране по маса и постоянство на тех­нологичните свойства на праха.

Операцията пресоване поради специфичните си особености на­лага известни ограничения на формата и размерите на пресовани­те изделия. Така например не е възможно да се получават изде­лия със ст[ а шчни впадини; големи трудности предизвиква и пре­соването на детайли с голяма конусност и с големи фаски. От­ворите, nepi ечдикулярни на посоката на пресоване, е необходимо да се пробиват допълнително. Примери за неправилни (а) и пра­вилни (б) конструкции на праховометалургични изделия са посо­чени на фиг. 2.16.

Големината на напречното сечение на пресованите изделия се ограничава главно от мощността на използуваните преси. Метало- керамичните изделия се пресоват най-често при налягане 300— 500 MN/ma (3—5 Mg/сш2), което при сила на пресата до 20 MN (2000 Mg) дава максимално напречно сечение на изделията 400— 700 cm2. Височината на пресованите изделия се ограничава от триенето на праха в стените на пресформата и от неравномер­ната плътност по височина. Практически тя не превишава 150 mm.

При едностранното пресоване има само един подвижен поан- сон, обикновено горен. Такъв тип пресформи се използуват за изработване на изделия с проста форма и неголяма височина. В най-простия случай брикетът се изтласква от такава пресформа със същия поансон, след като пресформата се постави върху специална подставка. При автоматичното пресоване с пресформа, закрепена върху масата на пресата, изделието се изтласква с

92

долния поансон, който след завършването на процеса на пресо­ване се придвижва нагоре.

Едностранното пресоване се използува при формоването на изделия с проста форма, при които съотношението на височината

/ 4 ,

Фиг. 2.16. Примери на конструиране на метало- керамични изделия:

а — неправилно; б — правилно

към диаметъра не е по-голямо от единица, а отношението на ви­сочината към дебелината на стената е по-малко от три. Прин £7

> 1 и -5-- > 3 се прилага двустранно пресоване. В този слу­чай и двата поансона (горен и долен) са подвижни.

93

Схематичното устройство на най-проста пресформа за неавто­матично пресоване на лагерни втулки е показано на фиг. 2.17. След като пресформата се запълни с прах, върху горния поансон се подава известно налягане за предварително пресоване, след

което налягането се снема и подложката 5 се отстранява. При следващото подаване на налягане в пресоването участвуват и двата поансона — горен 1 и долен 4. Пресованото изделие се изтласква, след като матрицата се постави върху специална подставка и чрез единия от поансоните се приложи налягане.

Принципната схема на пресформа за пре­соване на аналогични детайли на автома­тична преса е посочена на фиг. 2.18. В този случай горният и долният поансон са съеди­нени с горната и долната плоча на пресата, а пресформата е закрепена на масата на пре­сата. В изходно положение / захранващият ръкав е разположен над кухината на прес­формата, като я напълва с прах. При обрат­но движение на ръкава излишният прах се отстранява, след което горният поансон се спуска и след неговото влизане в кухината на

пресформата долният поансон започва да се движи нагоре. Слад като завърши процесът на пресоването, двата поансона за­почват да се движат нагоре, при което долният поансон изтласк­ва пресования детайл на повърхността на масата — положение 3. Плъзгащият се ръкав избутва детайла встрани в специален прием­ник. Движението на долния поансон надолу допринася за по- доброто запълване на кухината на матрицата с прах.

Двустранното пресоване намира приложение при изработване­то на по-сложни изделия, с по-голямо отношение на височината към диаметъра или към дебелината на стената. Но дори и при двустранно пресоване трудно се получават изделия с големина на отношението Н/О повече от 10.

При пресоване на сложни изделия е важно да се осигури получаването на еднаква плътност в различните участъци на де­тайла. За да се достигне равномерна плътност, е необходимо да се прибегне към използуването на съставни поансони. Ако раз­ликата във височините на отделните части на детайла е много голяма, трябва да използуват по-сложни устройства и преси, кои­то имат повече от едно горно и долно бутало. Съставните поан-

Фиг. 2.17. Схема на дву­странно пресоване:

/ — горен поансон; 2 — матрица; 3 — прах; 4 — долен поансон; 5 — под­

ложка

94

сони в този случай се монтират на пружини или се задвижват от отделни хидравлични цилиндри.

На фиг. 2.19 е показан цикълът на пресоване и изтласкване на металокерамичен детайл със сложна форма при използуване на съставни поансони и плаваща матрица [10].

Различните стадии на процеса (а — к) показват следното; •а) детайлът с фланец има отвори с различно сечение (детай­

лът е показан изтласкан); в центъра (по оста) има неподвижна игла (вътрешната), подвижна игла, долен поансон, тяло и втулка на матрицата;

б) подвижното захранващо устройство затваря матрицата при вдигнат горен поансон;

в) долният поансон и подвижната игла са спуснати; прахът запълва кухината, на матрицата;

а 5Фиг. 2 18. Схема на двустран-ю пресозане на втулка на автоматична преса:

а — засипване на шихтата; б —• пресоване на изделието; в — изтласкване на изделието

г) подвижната игла се връща в изходно положение за напъл­ване, преди захранващото устройство да се изтегли назад;

д) горният поансон се спуска и затваря матрицата; __е) матрицата и горният поансон се спускат едновременно- "

>/ Фиг. 2.19. Последователни стадии (а — к) на пресоване на втулка с фла>кец и отвор:

7 - . Г0р.еН, П0анС0н: 2 ~ « илинДРични пръти, регулиращи положението на п л ав ащ ата матрица, 3 захранващо устройство; 4 — неподвижна игла; 5 — маса на пиесата’ б —

матрицата; 7 — тяло на матрицата; <? - подвижен поансон - игла; 9 - долен поансон; 10, 11 — ограничители 1 дилен

96

а I в к

Фиг. 2.19 IV

ният поансон още не е влязъл в матрицата и пресоването се из­вършва отдолу;

ж) тялото на матрицата и подвижната игла са фиксирани от ограничителите; горният поансон влиза в пресформата и завърш­ва процеса на пресоване;

з) втулката на матрицата е в крайно долно положение; проце­сът на пресоване е завършен, горният поансон и матрицата за­почват да се вдигат, преди да започне да се движи долният поансон; въздушната възглавница задържа брикета в неговото положение;

7 Праховата металургия в машиностроенето 97

и) долният поансон изтласква детайла от пресформата; заед­но с детайла са движи и подвижната игла;

к) детайлът е на повърхността на пресформата; подвижната н-гла излиза заедно с детайла и трябва да се придвижи надолу, преди захранващото устройство да избута детайла встрани.

Пресованите изделия се подлагат на контрол по отношение на-'размерите и порестостта, а също и на визуална оценка на състоянието на повърхностите и отсъствието на пукнатини.

1 Брак при пресоването. Най-често срещаните - видове—брак при пресовааедо са разслоените пукнатини (р?з_едояваие-) й раЗ=~ рушаването_ на ръбовете. Последният вид брак се дължи на не- допресоваие поради ниско налягане, лоша пресуемост на шихта- та и голяма височина на пресованите изделия. Причините за въз­никване на разслояване могат да бъдат следните: високо наляга­не на пресоване при използуване на непластични прахове с голя­мо еластично последействие, неправилна конструкция и дефекти на пресформата, неправилен режим на пресоване и изтласкване, ,а така също и неравномерно насипване на праха в кухината на •матрицата при пресоване на сложни по форма изделия. Малката /скорост на изтласкване и лошо обработените стени на матрицата дават възможност за появяване на разслоени пукнатини в резул­тат на еластично последействие. Наличността на тънки стени в конструкцията на изделието също допринася за това.

Бракът на пресованите изделия по отношение на плътността и размерите се избягва чрез подбиране на необходимите относи­телни налягания, чрез изменение на размерите на пресформата и

^вариране на технологичните свойства на шихтата. Освен това, за да се предотврати разслояването, се препоръчва да се увеличи скоростта на изтласкване, да се използуват активни мазилни вещест­в а т а д а с е намали еластичното последействие, равномерно да се на­сипва прахът, да се използува добре обработен инструмент и др.

Бракът при пресоването обикновено не превишава 2—3% . Бра­куваните изделия се връщат в производството, като се подлагат на дробене в топкови или чукоЕИ мелници. Полученият след из- ситняването прах се добавя на малки порции към основната шихта.

Пресформите са едни от основните съоръжения в праховоме- талургичното производство. Във връзка с определената задача и ус­ловията на работа всяка пресформа трябва да отговаря на изис-

2.2.4. Изчисления и материал на пресформите

98

кванията за точност на размерите на пресованите изделия, да има голяма повърхностна твърдост, абразивна износоустойчивост и висока якост, за да противостои на натиск и износване и да издържа напреженията, възникващи при пресоването. Конструк­цията на пресформите трябва да осигурява висока производител­ност, лесно изтласкване на детайла, бърза подмяна на износените части и равномерно разпределение на праха.

Основни изходни данни при конструирането на пресформите са: направлението на пресоване, техническите характеристики на пресата, технологичните свойства на праховата смес, максимално- то налягане на пресоване, размерите на детайла след всяка тех­нологична операция и плътността на готовото изделие.

Вътрешният диаметър на матрицата и диаметърът на иглата (ако има такава) се определят от размерите на пресования брикет, като се вземат пред вид свойствата на праха, свиването (или раз­ширяването) при спичане, допуските за калибровка или механична обработка (ако се налага). При това се приемат такива допуски на размерите на готовите детайли, че матрицата и иглата да'имат най-продължителен срок за експлоатация. Затова външният диа­метър на изделието се приема с минимално допустими размери, а на отвора (ако има такъв), образуван от иглата — с максимално допустими размери. Дълготрайността на матрицата и иглата в този случай се осигурява .от възможността за тяхното прешли- фоване и отклонение от размерите на пресформата в границите, предвидени от допуските за произвеждания детайл.

Въз основа на казаното вътрешният диаметър на канала на матрицата може да бъде определен по следната формула:

Овътр — Омян където

Агьтр е изчисленият диаметър на канала на матрицата, шт;Ашн — външният диаметър на изделието с допуск в ми­

нус, ш т ;/о — големината на еластичното разширение на брике­

та по отношение на външния диаметър след из­важдане от пр_есфо.рмата, т т ;

По — максималното свиване (ръст) на изделието по от­ношение на външния диаметър след спичане, т т ;

— прибавката за калиброване, механична обработка и т. н., т т .

99

Височината на канала на матрицата к зависи от насипната ма­са на прахообразната шихта:

къдеторбр е плътността на брикета, kg/m3; ун — насипната маса на шихтата, kg/m3 ;

^бр— максималната височина на пресования брикет, mm; hK — дължината на неработната част на матрицата, mm.

Диаметърът на иглата dи , формуваща вътрешната повърх­ност на отворите, се определя по следната формула :

dyi = й?макс Id -\~ftd ~\~kd ,където

d.vакс е диаметърът на отвора с допуск в плюс, mm;1о — големината на еластичното разширение на отвора

по отношение на диаметъра, т т ; па — максималното намаление (или увеличение) на диа­

метъра на отвора след спичането, т т ; кл — допуск за калиброване, механична обработка и

т. н ., т т .Допускът за калиброване обикновено е в границите от 0,25

до 0,50 т т . Калиброването се извършва по височина и диаметър в специални калибровъчни пресформи.

За изчисляване на дебелината на стените на пресформите обик­новено се използуват формулите на Ламе за кухи цилиндри:

су е радиалното напрежение на вътрешната повърхност на пресформата;

аг — тангенциалното напрежение на вътрешната повърх­ност на пресформата;

гх, г2 — вътрешният и външният радиус на матрицата; р с — страничното налягане на пресоване.

а,

където

100

Ако приемем, че коефициентът на Поасон [1= 0,3, изчисленото напрежение се пресмята по формулата

То не трябва да превишава якостните характеристики на мате­риала на пресформата. При изчисленията по тези формули стра- ничното налягане се приема 0,3—0,4 от вертикалното наля­гане.

Когато се изчислява дебелината на стената на пресформите, трябва да се взима пред вид и големината на еластичната дефор­мация на самата пресформа, което е една от основните причини за образуване на напречни пукнатини при пресоването. По прави­ло външният диаметър на матрицата на пресформата трябва да бъде 3—4 пъти по-голям от вътрешния й диаметър. Повишеният запас на якост в случая не е отрицателен фактор, тъй като се намалява еластичната деформация на матрицата, което допринася за намаляване на брака от разслояване.

Размерите на останалите детайли на пресформите (поансони, игли и др.) се определят по обикновените формули с не по-мал­ко от двукратен запас на якост по отношение на максималните напрежения, възникващи при пресоването.

Ако изделието се изважда от пресформата чрез изтласкване за да се избегне образуването на разслоени пукнатини в момен­та на изтласкването, в матриците се предвижда постепенно раз­ширение на входния край на вътрешния канал с наклон към ос­та на пресоване 0,5—1,0“.

В процеса на работа детайлите на пресформите са подложени на износване, на действието на разтягащи и свиващи напрежения и т. н. Във връзка с това материалът, от който са направени, трябва да има високо съпротивление срещу износване и да из­държа големи напрежения без разрушаване и пластична дефор­мация.

За направа на основните детайли на пресформите се изпол­зуват инструментални стомани с голяма твърдост след зака­ляване.

В табл. 2.1 са посочени основните марки стомани и техните заместители, приети в СССР и препоръчвани за изработване на отделните детайли на пресформите [20].

101

Таблица 2.1Стомани за изработване на пресформи

Наименование на детайлите Марки стомани Твърдостна пресформите основна заместител H R C

Поансони и матрици с проста и средна сложност за пресо­ване на изделия на ж лязна и медна основа

х в г , х г ,9ХС

У 8А, 9Х, X 58— 62

Поансони и матрици със слож­на форма, работещи при ви­соки натоварвания

Х12Ф»Х12МХВ5

У 10А, ХГ, 8ХФ 5 8 - 6 2

Матрица и поансони за пре­соване на прахове от твърди метали и сплави

ВК6, Х12М, X 12D

Х05, 9ХС, ХВ5 6 0 - 6 2

Ограничители, предпазни пръс­тени, направляващи втулки и др. У7А 45 4 0 - 6 0

Срокът на експлоатация на пресформите зависи от марката на стоманата, технологията на термообработката, характера на пресования прах, налягането на пресоване и други фактори. Ко­личеството на пресованите детайли с една пресформа може да се движи в широки граници: от 1—2 хиляди до 25—50 хиляди броя. Когато се използуват твърдосплавни матрици и поансони, годността на пресформата може да се увеличи до 500 хил. броя и повече.

2.3-5. Видове преси Ж

За пресоване на металокерамичните изделия обикновено се използуват механични, хидравлични и механично-хидравлични пре­си. Понякага поради липса на специализирани пресови съоръже­ния могат да се използуват таблетиращи машини от фармацев­тичната промишленост или преси за пластмаси. Използуваните в праховата металургия преси трябва да отговарят на следните из­исквания :

1. Да осигуряват достатъчно налягане в необходимото на. правление.

102

2. Да осигуряват възможкост за регулиране на хода и ско­ростите на пресоване и изтласкване.

3. Да създават възможности за регулиране на процеса на за­пълване на пресформата с прах.

4. Да осигуряват независимост и синхронизация на движения­та на инструмента.

5. Конструкцията им трябва да бъде стабилна, за да осигуря­ва необходимата точност на размерите на получаваните изделия.

6. Да имат проста система на мазане и удобно разположение на механизмите за управление и регулиране.

Особеност на специализираните съвременни преси за нуждите на праховата металургия е наличността на 2—5 работни движе­ния на инструмента с индивидуална и независима настройка на големината на хода, повишено налягане на изтласкване (до 0,6р), механизация на процесите на насипване на праха и приемане на пресованите брикети.

Американските фирми произвеждат главно многоходови преси с независимо задвижване на горните и долните поансони и с приспособления за преместване на матрицата. В европейската прак­тика в повечето случаи се използуват преси със стационарна дол- на плоча, което не изисква допълнително задвижване, като се прилагат плаващи матрици и ст ставни поансони.

Механични преси. Широко приложение в праховата металур­гия са намерили механичните преси с различни конструкции на задвижването: колянови, ексцентрикови, фрикционни и др. Обща- та характеристика на всички механични преси е високата им про- ( изводителност при сравнително неголяма мощност — не повече от 1 ,5-3 ,0 МИ (150-300 Щ ).

Таблица 2.2Механични преси-автомати, производство на СССР

Х арактери сти ка КО-62 КО-64 КО-36 КО -6.5 К О -6’8 КО-ЗЗО

Сила на пресоване, кИ 250 630 10 0 0 400 630 10 0 0Сила на изтласкване, кИ 80 2 0 0 300 180 2 0 0 300Макс. брой на ходовете в минута 30 32 26 36 37 2 2

Ход на буталото, шш 1 б д 1 2 0 150 190 2 2 0 260Напречен размер на изделията, ш т 60 90 1 1 0 80 10 0 125Мощност на електродвигателя, к\У 7 2 0 30 1 0 2 0 28Маса на пресата, М£ 7,3 8,5 10,5 9,6 9,0 1 1 , 8

Габарити, ш4,4 2,3височина 3,5 2,4 2,4 4,0

основа 1,6Х 1.7Х 2,9 X 1.7Х 1,8Х 2.2Х1,7 2,3 1 ,8 1 , 8 2,5 1 ,6

103

В табл. 2.2 са дадени основните характеристики на механич­ни преси-автомати, произвеждани в СССР. На фиг. 2.20 е пока зан външният вид на преса от тази серия.

с>

Фиг. 2.20. Външен вид на преса КО-62

Т а б л и ц а 2.3Механични преси-автомати, производство на фирмата „Виввтапп — Sim etag“ — ГФР

Характеристика МРМ 6 МРМ 15

Сила на пресоване, kN 60 150Сила на изтласкване, кИ 60 150Ход на буталото, шш 105 144Насипна височина, шш 0 - 5 0 0—75Принудителен ход на матрицата, шш 0—50 3 7 ,5 -7 5Брой на ходовете в минута 17—50 11—33Мощност на електродвигателя, к’М 3 4,5Габарита, т

височина 2,13 2,78широчина 0,96 1,36дължина 1,32 1,71

Маса, Mg1

1 , 2 2,9

104

На фиг. 2.21 и табл. 2.3 са дадени външният вид и характе­ристики на механични преси, производство на фирмата „ВиБвшапп“ — 5нпе1а^“ принадлежаща към концерна „Маппевтапп“ — ГФР.

Фиг. 2.21. Външен вид на преса МРМ-6

Хидравлични преси. По производителност хидравличните пре­си отстъпват на механичните. Обаче големите скорости на пре­соване в технологично отношение не винаги са приемливи, тъй като скоростта на пресоване зависи от налягането на пресоване и височината на пресованото изделие. Затова за пресоване на по-едрогабаритни изделия с голяма_плътност ~наи-пригодии са по-бавноходните, но по-модши-хидравлични пре-си. Понастоящем се

105

произвеждат хидравлични преси със сила от 1 до 20 АШ (100' до 2000 Mg).

В табл. 2.4 са показани основните характеристики на хидрав­личните преси, произвеждани в СССР.

Т а б л и ц а 2.4

Хидравлични преси-автомати, произвеждани в СССР

Характеристика | П810 | П812 П814 01536 | 01238 Б1240 Б1243

Сила на пресоване, кИ 1600 2500 5000 4000 6300 10 0 0 0 2 0 0 0 0Сила на изтласкване, кЫ 650 1 2 0 — 2 0 0 0 3000 4700 8000Ход на буталото, ш т 400 460 — 550 1 0 0 0 1500 2 0 0 0Насипна височина, т т 2 0 0 250 — — 500 750 10 0 0М ощност на двигателя, kW 55 81 38 105 180 2 1 0 447,4Маса на пресата, М§ 14 28 41 32,6 1 1 0 150 260Производителност (за мак-

симално по размери изде­лие), бр./час — — — — 50 40 35

Габарити, шдължина 2,9 2,9 6,4 3,0 8 ,0 9,9 12,5широчин? п2,2 2 ,8 4,7 2 ,8 6,5 6 ,8 10,5височина 5,5 6,3 1 0 ,0 5,4 10,5 10,3 19,0

!

На фиг. 2.22 и 2.23 и табл. 2.5 и 2.6 са посочени външният вид и основните характеристики на хидравличните преси с авто­матично действие, производство на западноевропейските фирми „Вивзтаип—Siшetag“ — ГФР, и ,.Мауег:‘— Швейцария.

Производителността на пресоването може да бъде повишена чрез използуване на ротационни преси и многоместни матрици. Ротационните преси представляват автомати с въртяща се маса, на която се монтират до 30 и повече пресформи. За един обо­рот на масата се пресоват изделията във всичките пресформи. Обаче ротационните преси могат да се използуват за изработва­не само на прости по форма изделия — колекторни пластини, кон­тактни пъпки и др.

106

Фиг. 2.23. Външен вид на преса БРУ-бО

Хидравлични преси, производство на фирмата Вине тапп-в1'те1а§—ГФР

Характеристика НРМ-30Б

НРМ-60Б

НРМ-100Б

НРМ-гооБ

НРМ-300Б

НРМ-4005

Сила на пресоване, 300 600 1 0 0 0 ' 2 0 0 0 3000 4000Сила на изтласкване, кЫ 2 0 0 400 700 1300 2050 2 2 0 0Ход на буталото, ш ш 300 300 400 500 500 600Насипна височина, шш 1 2 0 1 2 0 150 2 0 0 250 300Брой на ходовете в шш 24 2 2 2 0 14 1 2 1 2Мощност, кАУ 6,5 13 18 30 48 60Габарити, твисочина 2,70 2,72 3,20 3,75 4,50 5,10широчина 1,25 1,32 1,47 1,73 1,95 2 ,2 0дължина 1,44 1,77 1,77 1,91 3,20 2,60

Маса, Мц 2,34 2,79 3,52 7,05 17,5 20,5 ■

Таблица 2.6Хидравлични преси, производство на фирмата „М ауег“ — Швейцария

Характеристика БРУ-15

БРУ-30

БРУ-60

БРУ-100

БРУ-200

Максимална сила на пресоване, кК 150 300 600 1000 2000Минимална сила на пресоване, кЫ 7,5 15 30 50 100Сила на изтласкване, кИ 75 150 250 400 800Насипна височина, ш ш

при нормално изпълнение 50 50 100 100 150при специално изпълнение 75 75 150 150 200

Масло за пълнене, (1 т 3 250 250 300 300 400| Маса, Мд 2,3 2 ,6 3,0 3,8 5,2

108

V * <5/2.3. Други методи за формоване на метални прахове

Процесът на обикновеното пресоване, макар че е най-разпро­странен, не е единственият метод за формоване на изделия от метални прахове. Другите варианти на процеса формоване съще­ствено допълват обикновеното пресоване, а в редица случаи и успешно го конкурират.

2.3.1. Горещо пресоване

При пресоването на металните прахове значителна част от на­лягането се изразходва за деформация—на—частиците_на праха-Ако се увеличи пластичността на праховете, което лесно се осъ- ществявгГчШк ГСЬвигпаване на температурата, относителното наля­гане на пресоване може да~се ~понижи;- Горещото пресоване е Един от методите, при които се съчетават процесите на пресова­не и спичанет вследствие на което се получават"~ЖЪтай~~и5ддлия

~Цри сравнително ниски налягания на пресоване. ГорещотсГ"пресо- *бане при температури 0 5—0,8 от абсолютната температура на топене на метала на праха и налягания на пресоване до 10 MN/m2 (100 kg/cm2) осигурява получаването на почти 6ряпо.дрг^и изделия, което не може да се постигне, ако процесите на пресо- "Bàtie И~Пичане се провеждат отделно.

По характера на физикохимичните процеси горещото пресова­не се приближава повече до спичадето.. Под въздействие^на при­ложеното налягане всички реакции протичат значително по-бързо. отколкото при обикновеното спичане"на студено пресовани изде­лия. По такъв начин времето, необходимо за протичане на про­цесите на спичане, при горещото пресоване се съкращава зна­чително.

Металокерамичнитб изделия, получени чрез горещо пресоване, имат високи механични свойства, по-добра електропроводимост и по-точни размери в сравнение с изделията, получени чрез бтдел- но пресоване и спичане. Горещопресованите детайли" имат дреб­нозърнеста структура, nb висока еднородност и по механични свойства не отстъпват на летите детайли.

По данни на В. Джонс [15] при горещо пресоване на прах от чугун (3,16% С, 1,13% Si, 0,58% Мп. 0,126% S и 1,154% Р) при /7= 125 MN/m2 (12,5 kg/mm2) и t = 975°С образците са пока­зали а в =500 MN/m2 (50 kg/mm2) при # 5 = 2700 MN/m2. При го-

(К) G

109

рещо пресоване на смес от прахове на желязо (0,3 3/о С) и 5 % евтектична сплав Р—F e (l,3 % С, 10,2 o/e Р, останалото Fe) при 1000°С и бавно охлаждане стойностите за якостта и твърдостта са били ав =700 MN/ma (70 kg/mm2) и Н В = 2300-^2700 MN/m2

Методът на горешо пресоване успешно се прилага за полу­чаване на биметалниПйли метал-неметални материали и изделия, които в редица случаи не могат да се изработят чрез пресоване на студено и последващо спичане. Особено целесъобразно е го­рещото пресоване при производството на изделия от труднопре- суеми и лошо спичащи се прахове, например твърди металопо- добни съединения (карбиди, бориди), труднотопими сплави и др.

' Нагряването при горещото пресоване може да се осъществи по няколко начина: чрез използуване на ток с висока честота, чрез използуване на различни видове нагреватели (графитови, нихромови, молибденови), чрез пропускане на електрически ток директно през пресформата или пресованото изделие.

Материалът на пресформите за горещо пресоване трябва да има висока якост при повишени температури, да бъде устойчив срещу окисление и механично износване, да не взаимодействува с материала на шихтата, коефициентът му на линейно разшире­ние да бъде близък до този на пресованите материали.. Ако пресформата се използува като нагревателен елемент, материа­лът, от който е направена, трябва да има подходящо електри­ческо съпротивление. За температури от 800—850°С подходящ материал за пресфорйи са топлоустойчивите сплави от типа^нц^_ моник, инконел и др. В СССР е разработена нова многокомпо­нентна сплав на никелова основа, от която се правят и използу­ват с успех пресформи за горещо пресоване на титан при тем­пература 900—1000°С и налягане 120—150 MN/m2 (1200—1500 kg/cm2) [21]. За по-високи температури могат да се използуват пресформи, изработени от твърди сплави и труднотопими съеди­нения. Основният материал за пресформи, обаче и досега остава графитът, който въпреки ниската си якост — 20— 100 MN/m2

"(21)0 до 1000 kg/cm2) — и възможността за взаимодействие с ма­териала на изделието успешно се използува до температури 2000—2500°С. Обикновено налягането при горещото пресоване в графитови пресформи не превишава 20—30 MN/m2 (200—300 kg/cm2). Има сведения за използуване на силициевия карбид ка­то материал за пресформи [12].

За да се намали триенето в стените на пресформата при го­рещото пресоване, се използуват мазилни вещества, от които особено ефективни са разтворът на колоиден графит в спирт, разтворът на борен нитрид във вода и др.

110

7 /2 .3.2. Мундщучно пресоване

Мундщучното пресоване е метод за формоване на металоке" рамични изделия с голяма дължина пои погтпяння прКмння ИЛи диаметър чрез п р в т вцид—ня ’'пряурве в отворенидресформит-Технически то се осъществява в два основни варианта.

По първия вариант се екструдират през -матрица с мундщук смеси ’ от

Удрахове с^.г свързващи вещества (дляети- фдк-ятпрц)1. Частиците на прахат равноме^- но смесени с пластификатора, сравнител­но лесно се уплътняват в матрицата и из­тичат пред мундщу! а, който придава съ­ответния профил на из:,елйето. Ролята на пластификатора е да свърже частиците на праха и да създаде благоприятни условия за изтичане на формованата маса през мундщука. Като пластификатори могат да ■се използуват водни разтвори на нишесте, декстрин, поливинилов алкохол, разтвор на бакелит В спирт, парафи^, прганиднц__.смп- ли и др.—

0 ^ При втория вариант на мундщучно пресоване се подлагат нагрети праховоме- 7 _ бутал0 на пресата. 2 _т ал ур ги чн и полуф абрикахигг п ол уч ен и по поансон; 3 — стоманен цилин-

1 * 1 дър: 4 — конус: 5 — матрица;различни методи — чрез цресоване, пресо- V - пресован полуфабрикат; ване и спичане, горещ ддресоване,— а съ- 7 - прахообразна шихта"щсПтака и прахове в свободно насипано състояние. При този метод мундщучнотопресоване е крайна операция, тъй като получените изделия имат нулева порестост и\могат да се подложат единствено на отгря- ване за снемане на напреженията и хомогенизация.

Дринципната схема на мундщучното пресоване е показана на фиг. 2.24.

А Предимство на мундщучното пресоване—е_в-ъзможността да-се щолучават изделия с голяма дължина и равномерна плътност не / само от пластични, доБре пресоващи се прахове, но и от праго­ве шГтвърди и т р у днотопими метали, металоподобни съединения,

_окиси и др. ~ -; Получаването на тръби и други изделия (ленти, пръти, свред­

ла и пр.) от прахове на волфрам, молибден и твърдосплавни сме­

111

си е описано в литературата [22, 23]. Като пластификатор е бил използуван рарафин^ количеството на който зависи от зърнестост- та на праха, сечението на пресованите изделия, скоростта на пре­соване и други фактори и се колебае в границите 4— 10 %, кое­то отговаря на обемно съдържание около 35—65% .

В НИТИМ — София, е разработена технология за мундщучно пресоване на тръби от силициев карбид и молибденов дисили­цид с диаметър до 30 шга и дължина 1000— 1200 mm [24]. Като пластификатор се използува ,25 °/^рн рогсен pa4TBnf — —декст-ран или бентонитова глина при съдържание 4—5 % сухо вещество в шихтата. Шихтата се смесва на каландри, след което се претри- ва през сито и се подлага на пресоване при сила 100—200 kN и скорост на изтичане 0,2—0,5 m/s. Дължината на мундщука е 3—4 пъти по-голяма от диаметъра на изходния отвор, което оси­гурява получаване на изделия с точни размери. След пресоване­то изделията съдържат 6— 10 % влага и постъпват за сушене и спичане.

Мундщучното пресоване на металокерамични полуфабрикати в нагрято състояние се използува главно за получаване на из­делия от прахове на цветни и редки метали и техните сплави. Характерна е технологията на получаване на изделия от спечен алуминиев прах (САП) [25, 26]. Полуфабрикатите за мундщучно пресоване се получават чрез пресоване, спичане и горещо пресо­ване на алуминиев прах. Мундщучното пресоване се извършва при температура 500—600°С и налягане 500— 1000 MN/m2 (5—10 Mg/cm2).

Полуфабрикатите при мундщучното пресоване на алуминий, магнезий, мед и техните сплави обикновено се нагряват заедно с матрицата, тъй като температурите в дадения случай не преви­шават 600—700°С. П^и по-труднотопими метали, за да се пред­отврати окислението/^голусраорикатите се затварят в специални тънкостстш конгеинери (ризи), главно метални (мед, месинг, ме­ка стомана), и се подлагат на пресоване заедно с тях. Материа­лът на контейнера трябва да бъде високопластичен и да не ре­агира с основния метал. По такъв начин се получават пръти и други профили от берилий, торий, уран, цирконий и различни композиции на тяхна основа за ядрената енергетика [27].

112

2.3.3. Изостатично (хидростатично) пресоване

Пресоването на метални прахове чрез всестранно предаване на^валягането. в резултат на което се постига еднакво уплътне­ние на брикета във всички направления, се нарича изостатично.

11,%

Фиг. 2.25. Влияние на наляга­нето върху относителната плът­

ност на медни брикети:1 — хидростатично пресоване; 2 —

обикновено пресоване

Фиг. 2.26. Схема на инс7алация за хид­ростатично пресоване:

1 — помпа за високо налягане; 2 — камера; 3 — шихта; 4 — еластичен контейнер; 5 — манометър;

6 — капак

В най-разпространения в практиката случай, когато като работна среда се използува течност, методът се нарича хидростатично пресоване. Той се състои в с л е д н о т о : п р я х о о брязня ш йхтя. няс5~- пана в еластичен контейнер, се полглягя ня игегтряннп__у п л ъ т н е­ние с помошта ня т еч н о ст Сиодя. м асл о, глицерин) при налягане К)и—200 АШ /т2 (1000—2000 а^. Характерно за хидростатичното пресоване е това, че се избягва влиянието на външното триене. в резултат на коетсготносителното налягане на пресоване^ може да бъде знячително п о-н и ско~ Заййсимостта на относителната плътност на пресовани брикети от меден прах от налягането при хидростатично и при обикновено пресоване е показана на фиг. 2.25.

При хидростатичното пресоване се получават едногабаритни (2—3 Л^) полуфабрикати г егтнпрпттна и иглгпкя плътност и се избягва образуването на разслоявания, пукнатини и д п уги леф£тг - ти, които са характерни за ооикновеното пресоване. Равномерно­то разпределение на плътността се отразява благоприятно и вър­ху Свиването на брикета в процеса на спичане.

Ь Праховата металургия в машиностроенето 113

Схема на инсталация за хидростатично пресоване е’ показана на фиг. 2.26. Използуват се каучукови или пластмасови контей­нери с дебелина на стената 0,10—0,20 тгп. Преди пресоването контейнерът се поставя в перфориран стоманен патрон с кръг-

Фиг. 2.27. Схема на хидростатично пресоване на цилиндрич­ни полуфабрикати:

1 — капак; 2 — маншети; 3 — прахообразна шихта; 4 — контейнер;5 — стоманен патрон

ло или квадратно грчрнкр, запълня се—с_прах и плътно_ се зятвяряТ; 1умени~~7Плътнйтели. След това патронът се поставя в камерата за високо налягане и шихтата се подлага на уплътне­ние (фиг. 2.27). По тази технология се получават пресовани бри­кети с диаметър до 600 ш т, височина до 1200 т т и маса над 500 във вид на цилиндри, тръби, сфери, пръти и др.

Н рпогтятък на хидростатичното пресоване е трудността па се п а г ;.пгпн'^гттгг^55~7т.г Улпжня топмя и точни пяамрпи.

друг вид изостатично пресоване е пресоването в еластични форми, които се получават цррч нялидянр ня пластични вещества в течно състояние, (агар-агар, 25%-ен разтвор на желатин във ъодд, поливинилхлорид, парафин, восък и др.) в.кухинята на сто­манена матрица заедно с модела.. Последният представлява по (^тв^издетгйГто, което е”Иеобходимо да се получи, но с допус-

1 1 4

ки за свиване при пресоването и спичането. След като застине пластичната маса, моделът се изважда през специален отвор и вобразувалата се кухина се насипва прах, който се пресова изо- статично чрез прилагане на външно налягане върху еластичната форма. Принципната схема на ме­тода е показана на фиг. 2.28. Та­кива еластични форми могат да се използуват неколкократно. На­лягането на пресоване е от 150 до 200 MN/m2 (1,5—2 Mg/cm2).

Недостатъци на метода са трудностите, свързани с изважда­не на моделите със сложна кон­фигурация от еластичната форма, малката им устойчивост и ниската производителност на процеса по­ради невъзможност за автоматизи­ране. От друга страна, този ме­тод позволява да се получават сложни по форма изделия с рав- номТрна плътност, без да се и з -

съоръжения.

Шликерно леене

Фиг. 2.28. Изостатично пресо­ване чрез използуване на елас­

тични форми от пластмаса

следното: отначало се при-Ц П Л У ^ Т Т С Т Ш Я Т Р Ч Н П Г Т

Методът е взет по аналогия от керамичната промишленост. В то­зи случай при Формоването на ме­талните прахове не се ппилага външно налягане. Той се състои в~ГОТВЯ ^ШфК&р. т р --гугпРнЯИЯ -ия_1 и 1 ОЛ у |||Д ГЬДГ11 * ,който се излива в специална Формя (обикновено гипсова), адсор­бираща теч н остта—В резултат на товя чястипите на праха меха-

"нИЧесйГ^е зацепват помежду си, като образуват лостатъчно здрав полуфабрикат с неоОходимата конфигурация и порестост 30-—60 %. Полуфабрикатът се изважда от формата и се подлага на окончателно сушене и спичане.

Особено ефективно е шликерното леене при изработване на сложни изделия от крехки и лошо пресуеми прахове,^ като пра­ховете на капбилйте. нитридите. боридите, хромаГсидиция и др.

Като течна среда при приготвянето на суспензиите~се йЗТгол-

115

зуват вода, спиртове, тетоахлопметан с добавки на гплня и оцет­на киселина, натриев или амониев алгинат. железен хлорид и др. Добавките възпрепятствуват конгломерирането на частиците, съз­дават условия за образуване~на устойчиви кщГШШнГсуспедзии- и пштобряват умокрянето. За приготвянето нгГ шликерите обикно­вено сеизползуват сйтни фракции прахове с размер на части­ците не повече от 5.-=Л0 гип. кажв-гьдържанието '“на различните метални прахове в суспензиите е 40—70 мас. %.

Шликерите се приготвят или чрез смилане на твърдия мате­риал в течността, или чрез смесване на предварително изситне- аия~~прях с течността. Целесъобразно е при наливането на шликера във формата на последната да се придадат вибрации. В този случай получените полуфабрикати са по-качествени и с по- малка крайна порестост.

Процесът на шликерно леене може да бъде подобрен чре използуване на вакуумирани и в някои случаи нагр ети птликепис които имат по-д^брЙ Ч^хнологични качества вследствие на обезе газяване и понижаване на вискозитета. Понастоящем са разрабо- теди-мгеоли за шликерно леене под вакуум или налягане и използуване на центрооежни сили |2Ь].

За да се избегне прилепването на полуфабриката към стени­те на гипсовата форйа, вътрешните стени на фирмата се‘наиръс- кват с различни обмазки, напр. с 0,2 %-ен амониев алгинат, кой­то без да пречи на поглъщането на влагата, допринася за лес­ното отделяне на изделието.

Извадените от формата образци се подлагат на окончателно изсушаване и слея това се спичат. Поради това, че начйлната

^оресгост на. изделията е гппяш и в тях има остатъци ''о т вла­га, нагряването до температурата на спичане е необходимо да се -извъпдш бавно. След сличането изделията имат висока и едн5= родна по целия обем пл-ътност.

По методите на шликерното леене се приготвят изделия с рязлична__форма _и размери: т^гли. пилинпри. кн^ГдрГ-"^

2.3.5. Валцоване на метални прахове

Процесът на валцоване на металните прахове представлява по същество непрекъснато пресоване на праха между въртящи се елин срещу лруг вялтш- Теоретически методът е известен от-

116

давна, но в практиката той започна да се прилага през послед­ните 10— 15 години.

В сравнение с обикновеното пресоване валцоването на „метал­ните прахове има следните предимства: възможно е да се полу­чават изделия с големи размери по дължина и широчина, мощ- Л ността на валцовите кггртки-е по-мадка от мощността на пресите,-уУ като при това производителността е по-висока. Същеврете»н».са Ш налице всички предимства на метода на праховата металургия уг (изработване на изделия с висока чистота, с определена степен' на порестост. възможност за получаване на изделия от "трудно- ^ дрф^рдшруеми или недеформируеми лети сплави, а също така и на сплави, които не могат да бъдат приготвени в лято състоя­ние). Валцованите от прах изделия притежават _изотропност ~на свойстяятя. което е важно за редица области на приложение.

п Чоез'валцоване се получават, конструкционни, филтърни, маг- в нитни, фрикционни, антифрикционни и контактни материали. В I табл. 2.7 са посочени основните видове металокерамични мате- й риали, произвеждани чрез валцоване, и областите на тяхното при- I ложение.I На фиг. 2.29 са показани схеми на валцоване на метален прах

и компактен метал.! По своята физическа същност процесът на валцоване на ме- |тални прахове може да се разглежда като процес на непрекъс­нато пресоване, което започвя д областта на деформацията, оп- 'I ре делена от ъгъла на зяуиятпянрТ«, и завършва при излйзаВЕто I на лентата от отвора между валците. Валцоването на металните Чпрахове се отлич!Пзя~ОТ~валцоването на компактните метали. Та­

ка например, когато се валцова компактен метал, условието за постоянство ня плътността и обема до и след валцоването се изпълнява. При валцоване на прахове това не е така. Прахът може да се разглежда като прекъсната среда с плътност, дости­гаща 10°/® от плътността на компактния метал (порестост 90%). Преди областта на деформацията порестостта и плътността на праха не се изменят. В областта на деформацията се извършва пресоване, т. е. сближаване на частиците. Прахът се уплътнява, като достига 50—90% от плътността на компактния метал. По този начин плътността на праха до и след валцоването е раз­лична. Това се отнася и за обема, зает от праха. Единствено по- стояннз се запазва масата на материала.

( Всяка частица от праха в зависимост от степентя ня уплътнр-1 ние може да се деформира в еластичната или плястичнятя об­

ласт. Това пЯгтпатрлгтпп вняся рлрмрнт ня_неопределеност, тъй

117

Т а б л и ц а 2.7

Видове металокерамичен прокат и области на приложение

Изделия Характеристика Област на приложение

Порести листове и ленти от железен прах порестост 15—70%

електроди за електрохимически апарати, филтри за очистване на неагресивни течности и га­зове

прах от неръждаема стомана

порестост 20—60% < 3 0 —150

МЫ/т2

филтри за филтруване на агре­сивни агенти

никелов прах порестост 60—70% ов = 15—20 М И /т2

топлоустойчиви филтри за фино (до 5 |лш) очистване на течно­сти; електроди за акумулатори

желязо-никелов прах порестост 25—30% компенсационни пластини за за­появане на твърдосплавни плас­тини към ножодържачите

сребърен прах порестост до 60% филтри и електроди за акуму­латори

меден прах порестост 15—60% Од = 2 5 МЫ/т2

филтри за фино очистване на въздух

титанов прах порестост до 60% ав = 7 0 — 100

ЛШ /т2

филтри

Безпорестн листове и ленти от

никелов прах ав = 3 4 0 —360МЫ/т2

8 = 3 1 — 35%

катоди и други конструктивни детайли на електровакуумни уреди (радиолампи)

меден прах ов = 280 МЫ /т2

8=34%за електротехническата промиш­

леност

титанов прах ов = 600 ЛШ /т2

8 = 25о/0титанов прокат

118

Продължение на табл. 2 .7

Изделия Характеристика Област на приложение

кобалтов прах — тръби за електроди за наплавка на стелит

твърди сплави — твърдосплавен инструмент за финишна обработка

Многослоен прокат мед— желяз о—мед (25% Си, 75% Ие)

ав = 2 9 0 —300 8=25^-30%

Н с = 6 3 ,6 -9 5 ,5 А/ш. р . = (5 , 7 — 6 ,3 ).1 0 — 4

Н/ш

екраниране на кабели в съобще­нията

биметална лента, получе­на чрез съвместно вал­цоване на прахове

производство на биметали

Пръти и тел от меден прах биметален тел стомана-алуминий

ив = 280 М1М/т2

8 = 1,5%

електропроводници външни електромрежи

Специални изделия пръти и ленти от смеси на уранов прах с алу­миний и берилий ленти и дискове от пра­хове с фрикционен съставдиамантни дискове на бронзова основа

аог= 120 М 1\/т 2

/ / / ? / = 6 0 + 80

топлоотделящи елементи на атомни реактори

спирачни системи

шлифоване на стъкло1

като е невъзможно да се отчете точно степента на деформация на отделните частици. Степента на деформация зависи и от фор­мата на частиците. Частаците~~със сферична форма се деформирай----- 'по-малко от частиците с дендритна или иглообразна форма.

От своя страна як-пгтта на получаваните ленти също зависи от формата на частицит!рТ”ьй като механичното зацепване при тяхното сближаване играе съществена роля. Установено е, че

119

при равни прцга .условия дентатя от прах, с ъ стоящ. пр,.,пт-иасги- 1Щ СЪС СИЛНО раЗВИТа ПОВЪрХНОСТ) ммя ня" пчгптгч акАсТ.^ТЗърху процеса на валцоване голямо влияние оказва ■^ЦГНШГТ-

яхаЕгна праха. Именно този показател определя скоростта на вал-

Ь г д

Фиг. 2.29. Схеми на валцоване:а — компактен метал; б — метален прах; в — вертикално: г — хоризонгално с гравитгционно подаване на праха; д — хоризон- талко, с принудително подаване на праха; 1 — валци; 2 — бункер;

3 — метален прах

цоване. Колкотогчю-добра е течливостта, тодкова_по-добре про­тича валпгтянето. При лоша течливост и неправилна скорост навялповане (по-голяма линеийа скоросх_аа_повърхно!^т-уя~ч^ал-ците от тази на постъпване на праха в областта на деформация) прахът не се валцова равномерно.

120

Захващането на праха на валиите се извършва и р р зу л т ят на действието на силите на вътрешно и външно триене, а понякога и под действието на външно налягане (ако прахът се подава при­нудително). В резултат на валцоването прахът се уплътнява от плътност рн до плътност на лентата рл ; отношението на тези

плътности се нарича степен на уплътнение г= -^~ и е винаги по-~ _ рн голямо от единица. Дебелината на лентата 8 при диаметър на валовете 2/? се определя от уравнението

където [х е коефициент на изтегляне, равен на отношението на скоростта на излизане на лентата {и„ ) към скоростта на подава­не на праха (ип )•

Плътността на получената лента се определя от уравнението

Както се вижда, плътността на лентата зависи непосредствено от плътността (наскпката маса) и коефициента на изтегляне на праха. За получаване на ленти с максимална плътност е необхо­димо да се използуват прахове с най-голяма насипна маса.

Във връзка с трудностите за определяне на коефициента ц е предложено [29] вместо горното уравнение да се използува след­ното :

където осуСЛ е условен ъгъл на захващане при |л = 1; той се опре­деля експериментално.

Максимално допустимият размер на частиците на праха, под­ложен на валцоване, е свързан с параметрите, определящи усло­вията на валцоване, чрез израза

къдетод?Шах е максималният размер на частиците на праха;

п — броят на частиците по ширината на площта на захващане.

Ъ + а ?Я

121

По такъв начин определящи параметри за процеса на валцо­ване на метални прахове са отношението на диаметъра на вал- ците към дебелината на лентата, съотношението на скоростите на лентата и на праха, степента на уплътнение на праха и ъгъ­лът на захващане.

кШЪШ

1 I—I—I—г~1—I—I—I—I—г

Ш / Л

\г— к \ ^ \B\C\D\E \F\G\H /17ГА-1 СГ7У Г / У / ) / > / / / / / / / / / > / > / / / / / 7 7 7 7 .

т Ш Ш м Ь т т Л

Фиг. 2.30. Последователност на операциите при циклично пресоване

ррцщ <Металните прахове могат да се валцоват в студено или гс>

състояние. Г. И. Аксьонов [30] е предложил следните тем*

1 2 2

пературни граници на деформация в зависимост от температурата на топене на метала:

Област на студена деформация 0—0,25 ТтопМеждинна област 0,25—0,50 ТтопОбласт на гореща деформация 0,50— 1,0 Ттоп

Валцованите ленти обикновено се спичат в пещи с непрекъс­нато действие във водородна атмосфера. За ленти от такива ме­тали като тантал, титан и др. се ~~ црилага спичане във вакуум.

За отстраняване на с^нодния нрппгтят^к на метода на вал­цоване — получаване на ленти с мялкя ттрбрлиня, е предложен методът на п клично п п р с о н я н р . който съчетава принципите на валцоването с пресоването в затворени пресформи [31].

Прах, свободно насипан в подвижен улей с определена фор­ма, се подлага йа последователно периодично уплътнение с по­мощта на скосен поансон (фиг. 2.30). По такъв начин се получа­ват полуфабрикати с необходимата дължина_и_яко£Т, широчината на които се ограничава единствено от силятя ня прр.гятя. В за- штсимист иг фирмата на канала, движението на поансона и наля- гянртп може-да се Получи нужната степен на уплътнение. По метода на циклично пресоване се получават изделия с дебелина, равна на ширината, включително и многослойни изделия.

' 1 0 - ^ л а2.4. Нови насоки във формоването на метални прахове

Техническият прогрес в областта на формоването на метални прахове върви по пътя на изследване и внедряване на нови тех­нологични процеси и усъвършенствуване на съществуващите ме­тоди чрез създаване на нови машини и конструкции на инстру­мента.

Вибрационното формоване напоследък привлича все по-на­растващото внимание на специалистите. Чрез използуване на ви­брации при насипване на праха в пресформата и в процеса на самото формоване налягането на пресоване може да се понижи значително и да се постигне равномерна плътност при изработ­ването на детайли със сложна форма [32]. Положителното въз­действие на вибрациите в процеса на пресоване е свързано с разрушаване на първоначалните междучастични връзки (мостчета, арки и т. н.) и с подобряване на взаимната подвижност на части­

123

ците, в резултат на което се постига висока степен на уплътне­ние (95% и повече от теоретично възможното за даден грануло- метричен състав на праха). Най-ефикасно е действието на вибра­циите при пресоване на прахове, представляващи определена съ­вкупност от фракции.

Вибрационното формоване бива няколко вида въз основа на следните признаци :

а) по характера на динамичното въздействие върху пресования материал — вибрационно и виброударно ;

б) по съотношението между статичната и динамичната със­тавка на силата на пресоване — вибрационно пресоване, когато възникващите между частиците на праха сили на триене препят- ствуват относителното им преместване една спрямо друга под действието на вибрациите, и вибрационно уплътнение, когато под действието на вибрациите частиците преодоляват силите на трие­не и зацепване помежду си и запълват кухините в праха ;

в) по характера на процеса — дискретно (прекъснато) вибра­ционно формоване (в затворени пресформи); непрекъснато вибра­ционно формоване (при мундщучни преси, инсталации за шликер- но леене, валцоване на прахове и др.);

г) по циклограмата на процеса — с предварително вибрацион­но уплътнение и последващо статично пресоване; с вибрационно или виброударно въздействие върху праха през целия процес на пресоване.

Вибраторите могат да бъдат пневматични, хидравлични, елек­тромагнитни, електромеханични и др. На фиг. 2.31 е посочена схе­ма на виброинсталация с електромеханичен вибратор. Накрайни­кът на вибратора 7 е съединен с електродвигател чрез къс елас­тичен вал. Долният поансон се опира свободно на опора 4", а горният се натяга чрез опората 4' и пружината 3 с винт 1.

Ефективността на вибрациите при уплътняване на праховете зависи от еластичните свойства и формата на частиците, от па­раметрите на вибрирането, размерите на пресования брикет, гра- нулометричния състав на праха и други фактори.

Най-ефективни са вибрациите, когато се уплътняват неплас- тични материали (например карбиди, бориди), при които е въз- можно получаването на плътни (65—85% от теоретичната плът­ност) и здрави брикети при ниско статично налягане — 0,3—0,6 MN/'m2 (3—6 kg/cm2).

Степента на уплътняване на праха зависи не толкова от стой­ността на използуваното налягане, обикновено 0,5—5 MN/m2 (5—50 kg/cm2), отколкото от параметрите на вибрирането. Им-

124

пулсната енергия на вибриране се изразходва както за преодоля­ване на инерцията и еластичното съпротивление на вибриращата система, така и за преодоляване на инерцията и силите на триене и зацепване на уплътнявания прах. Ако уплътняваната маса^на праха е малка, основна роля ще иг­раят инерцията и еластичните свой­ства на системата (нейната собствена честота на колебания).

Във връзка с това, за да се оси­гури най-подходящ режим на уплът­нение, трябва да се избира честота на вибриране, близка до собствената честота на колебания на системата.При уплътняване на големи маси прах все по-голяма роля ще играят соб­ствената честота на колебания на слоя частици и силите на връзката между тях. Затова честотата на ви­бриране трябва да се избира близка до резонансната ияи по отношение на вибриращата система, или по от­ношение на масата на праха.

Високоскоростното формоване на прахове с използуване на импул­сни натоварвания получава понастоя­щем все по-голямо разпространение благодарение на следните си пре­димства: намаляват се до минимум разходите за пресов инструмент, лип­сва еластично последействие и получа­ваните изделия имат висока плътност.

Като източник на енергия може да се използува взрив от заряд на

I взривно вещество; ударна вълна с висока интензивност, получена при

, разреждане на акумулирана електри- , ческа енергия през електроди, пото-II пени в течност (вода); импулсно електромагнитно поле. В зависи- |, мост от посочените източници на енергия формоването се на-

Фиг. 2.31. Схема на вибрацион- но устройство:

1 _ винт; 2 — основа; 3 — пружини; 4,4',4" ■- подвижни опори н ап р у ж и ­

ните; 5 — пресформа; 6 — основа;7 — вибратор

рича взривно, електрохидравлично (електрохидродинамично) или ктромагнитно [33].Когато се използуват взривни вещества, енергията на барут-

125

ните газове може да се предаде върху праха по няколко начина:— чрез снаряд, който удря пресоващия поансон;— чрез течност, която всестранно уплътнява праха;— чрез непосредствено въздействие върху праха, който е за­

творен в тънкостенен метален контейнер.

Фиг. 2.32. Инсталация за високотем­пературно газово пресоване

Установено е, че при взривното формоване се получават по- плътни брикети в сравнение с известните нискоскоростни методи на пресоване. Това се обяснява с факта, че при големи скорости на пресоване топлината, която се отделя в резултат на деформа­ция на частичките и на вътрешно и външно триене, не успява да се разпространи от брикета към пресовия инструмент и по този начин се осъществява локално нагряване на контактните повърх­ности. Повишаването на температурата води до снемане в значи­телна степен на остатъчните напрежения и наклепа на контакт­ните повърхности. Едновременното уякчаване на материала на частиците и тяхното разякчаване допринасят за получаване на по- плътни брикети при импулсно натоварване.

Високотемпературното газово пресоване представлява съче­тание на методите на изостатично и горещо пресоване.

Принципната схема на инсталацията за високотемпературно газово пресоване е показана на фиг. 2.32. В дебелостенна цилин- дрична камера 2 с топлоизолация 3 са монтирани волфрамови-

126

електронагреватели 4, които осигуряват работна температура до 2000° С. Прахът се насипва в метален контейнер 5 (при пресоване на волфрамов прах се използуват молибденови контейнери с де­белина на стената 0,3—0,5 mm), който се вакуумира при повишена температура (800°С) за по-лесна десорбция на газовете.

Пещта с контейнера се вакуумира, след което през специал­на дюза през капака / започва да се подава инертен газ (хелий или аргон) под налягане, като пещта се загрява постепенно до нужната температура. При пресоване на волфрамов прах се ра­боти при температура 1600°С и налягане на газа 70 MN/m2 (700 at), а при берилиев — съответно 800°С и 100 MN/m2 (1000 at). По тази технология могат да се произвеждат полуфабрикати с маса до 2—3 Mg и почти нулева порестост.

Шведската фирма „Stora“ [34] е внедрила подобна технология за производство на металокерамична бързорежеща стомана от ви- соколегиран железен прах. Температурата на пресоване е 1100°С и налягането на газа (аргон) — 100 MN/m2 (1000 at). Полученият компактен материал има. еднородна структура с равномерно раз­пределение на карбидната фаза в обема_ на материала, поради което режещите качества на инструмента рязко, се повишават.

Фирмите „Kennametal Inc.“ — САЩ, и „Sandvik Steel“ — Шве­ция, са внедрили метода на високотемпературно газово пресоване за получаване на твърдосплавни изделия [35].

I Т к з Ш ^ ЩI ^/СПИЧАНЕ ( № / Х У -----

' Спичането е третата основна технологична операция в прахо­вата металургия. Посъщ ество то представлява термична обра­ботка на пд££овщ1ите,изделд|£Гдод..-Т.емдешт.у-р^а_^1а1ЖП€НН ~на

’бЩГивния метален компонент » тргтярнг» тязи пГ>ря^пткя ге~ про- йежда^в редукционна яли неутрална газова атмосфера или във вакуум, за да се избегне окисляването . на металнит£.._,компоненти. При спичането пресованите тела претърпяват редица физикохи­мични процеси, в резултат на които техните свойства се изме-

I нят. Обикновено .линейните им размери се намаляват, плътността се увеличава, рееш поресТСТгтта се намалява, повишават се физи-

' ко-механичните им свойства (якост, твърдост, електропроводи- ,*мпгт и т. Н.1 'г

127

1. Физикохимични основи на спичането

В^тррмолинамично отношение металните прахове и пресовани­те от тях тела представляват неравновесни системи.. Те имат зна-

"чйтедер излишък...от~ с в о б о т. рТ~~тяунятз . свободнаенергия е чувствително по-голяма от ^онази енергия, при която 3â' дадените условия настъпва термолинамично равновесие. Това- в~същност.- е. основдата._ДВижеща--сила--1гри _ спичането — стремеж на металните прахове и на порестите тела да достигнат термо- дЩамТГчно равновесие. Като пример нека разгледаме повърхност-. нат^ен£Д£дз на даден метален прах. Тя е обусловена от неурав­новесени сили на взаимодействие на атомите на повърхността и може да се изчисли по следната формула:

E „ = u .S , (3.1)

къдетоа е специфичната повърхностна енергия — т. нар. повърх-

ностно напрежение (табл. 3.1);S — общата повърхност на тялото.

Т а б л и д а 3.1Специфична повърхностна енергия а .1 0 3, J/m2 * на някои метали [1]

Метал Си Ag Au Li Na к Rb Cs Hg

а—изчислено 740 450 450 400 190 70 50 40 390

а—измерено 1 1 0 0 800 600—— 10 0 0

— 290 2 0 0 ­—400

— — 460

* J =0,239 cal.

Съгласно уравнението и данните в табл. 3.1 повърхностната енергия (Еп ) на 1 § меден прах със специфична повърхност (* сп) 4500 т 2/1^ ще бъде 5 Л (1,18 са1). От друга страна,-раддо- весното състояние в те^зШзЯ&намично отдцшение изисква мини-

1"мална Еп , която за твърдите тела е""тази на един единствен "В^разглеждания случай (1 g мед]~1ювърхно'ггта на

128

такъв кристал е само — 0,5 cm2 и неговата Еа е толкова малка, че може да се пренебрегне — 5,5.10~б J (1 ,3 .10-5 cal). Следова­телно 1 g меден прах има излишък от повърхностна енергия, равна на 5 J (1,18 cal). Поради това би трябвало да протече епик самопроизволен процес, в резултат на който частиците на медният прах да се агломерират (събират) дотогава,докат о образуват един единствен монокристал с ми ним ална.. при дадените "условия ГГО- в’ьрхниетна енергия — 5,5. iu _b J (1,3.1U_° cal), àa да ce извър-.

•'гггтгтти -п|)1Ш£1. г,.йяшг г~тттгпбхг1л|имп ия гр пренесе -вещ-ес-тво-.в сямите ЧЯСТИПИ- прдх и от едни часТЙПЙ-КЪМ -други.

ГТова~~прй с famTal ^fm n ерТгу ра не се извършва ~(ШШ но-точисгиз- ; вършва"се с безкрайно малка скорост), тъй като атомите в твър­ди те тела имат много малка подвижност. Процесът протича с 'изшрима скорост при температури над 0,5 Т? (Тг — температура* на топене), при които подвижността на атомите става достатъчно* висока.

Преди да разгледаме причините за малката подвижност на атомите в твърдите тела..при ниски -температури-и- начина; по който се извършва пренасянето на вещество благодарение на по­вишената подвижност при по-високи температури, целесъобразна е да се направи феноменологично описание на процеса на спича- нето, с други думи, да се опишат промените в свойствата на твърдите тела, които настъпват при спичането, и скоростта, с която се извършват.

По отношение на изменението н? структурата на-пресовяните тел1и пр^гуш йчавегдатроце15 7г' можа-усж>&в-о—д-а-с&.^азделн, на два е т а д И в- дъ рвия-е-та-н-.става предимно увеличаване на контакт- ! ната иовТфхност между частичк-итр. Вследствие на„то»а граници­

т е между отделните частиш^им£С1 аха_да__контактуване изчезвах (фиг. 3.1 а) и пресованият брикет се превръща от ст^кухшост от отделни частици (схахжтачна частици и*'порй7 в едно»

цяло /матрична система). Освен това част от откритите п^ри Сте- .зк ^ таито^имат връзка с външната повърхност) зарастват напъл­но и се превръщат в закрити пори (фиг\rttp 5 ). Успоредно с това се наблюдава рекристализация на метала./ръв. втория етап_ се на­блюдава намаляване на част от закоитизгеНто^иЧ предимно порите с 'малки размери) и заглаждане jc0epoHflH3auiil)Hà.jtn£miTjêTiraостаналите пори. * ..........~~Основните гаГраметри, които влияят върху спичането, са два:

температуря и кпем^ Освен това допълнително влияние оказват: •п л ю л ата на газовата среда, в която се извършва спичането. по- рестостта на изходните брикети, физикохимичните показатели на

9 П раховата м еталургия в м аш иностроенето 129

иьходния метален прах и др. Не бива да се забравя, че влияние­то на тези параметри е специфично за всеки вид метал или сплав, от който е изграден металният прах. Все пак има доста общо в характера на кривите, показващи зависимостите между горните параметри и изменението на физико-механичните свойства на ■офг разци от различни метали и сплави.

Фиг. 3.1 а. Образуване на контактна Фиг. 3.1 б. Образуване на закрити повърхност между две частици при пори при спичане

спичане

Влиянието на температурата и времето върху уплътняемостта на образци от железен и никелов прах са дадени на фис. .3*2. и ■Фиг>.з£з -Вижда се, че всички криви имат параболичен вид.Това означава,- че при изотермично (при постоянна температура) спича­не в начадо_то__се.наблюдава бързо увеличаване на плътността.След това обаче~ятемпото“, с което нараства плътността, се на­малява (кривата става по-полегата) и след определено време кри­вите стават хоризонтални, т. е. при по-нататъшно спичане плът­ността на образците не се изменя. От друга страна, срааняаавето ня кривите, подучени при различни температури, показва, че кол- котопо-висока е температурата, толкова с по-голяма скорост протича спичането и по-голяма, е крайната-достигната плътност (хоризонталнйят~уч^стък на кривите). Характерният параболичен вид на кривите се наблюдава и в случай, че се проведе „степен­но“ повишаване на температурата. Както се вижда от данните^ на., фиг. 3.4, всяко ново повишаване на температурата води до интен­зифициране на процеса на уплътняване на образците.

130

Кинетичните криви на уплътнение на по-голяма част от пра­хообразните метали и сплави имат аналогичен вид на тези, даде­ни на фиг. 3.2 и 3.3. Тези криви добре се описват от уравнението

№ = кт-[ V ) Кт’ (3.2)

О 100 200300400500 80 ОВреме,тЬп

Фиг. 3.2. Изменение на плътността на пре- Фиг. 3.3. Изменение на плътността совано тяло от железен прах при спичане на пресовано тяло от никелов прах

при спичане

къдетоу - е относителното обемно свиване;к — константата, характеризираща скоростта на уплътне­

нието; т — времето;п — константата, изменяща се от 2 до 7.

От стойността на п могат да се получат указания за меха­низма на спичането [2]. Предложени са и други уравнения, опис­ващи кинетиката на спичане [3—5].

\ Другите физико-механични показатели (изменение на линейни­т е размери, твърдост, якостни показатели, удължение, електриче­

ска проводимост и др.) се изменят от температурата и времето |на спичане, общо взето, по аналогичен начин, както плътността. \Гова се вижда от данните на фиг. 3.5.

131

Влиянието на температурата и времето върху спичането на различните прахове от метали, сплави и неметални съединения е доста подробно изучено. Да се обобщи и интерпретира този бо­гат експериментален материал, е все още трудно. Поради това

за всеки конкретен случай на спичане е необходимо да се използуват преките екс­периментални резултати, да­дени в различните моногра­фии и научни публикации [2 -9 ].

Накратко ще разгледаме влиянието на другите факто­ри върху кинетиката на спи­чането. На фиг. 3.6 е показа­но влиянието на изходната порестост. Данните показват, че при образците, пресовани при по-ниско налягане, т. е.

121,0

£ ° ' в0.6

0,40,20

600' 1 7 4 0 °11 880°

I- '1 1

11

? 3 4 В р е м е , Ь

Фиг. 3.4. Намаляване на относителния V

обем на порите у —\ — първоначаленМ

обем на порите при спичане на пресовани тела от сребърен прах при , степенно“ по-"

вишаване на температурата

с По-голяма изходна порес- тост, свиването протича с по- голяма скорост и по абсо-

~ "лютна стойност е по-голя­мо, отколкото при образните с по-малка изходна порестост^ Изменението на порестостта през време на спичането е по­казано на фиг. 3.7. От данните се вижда, че при спичането общо- то^количество на порите в образеца намалява рязко. 1ова става главно за сметка на откритще пори, докато количеството на за-

1<рйтите ппри слабо нараства. В крайна сметка всички пори се~ превръщат в за к р и т Аналогичен характер има изменението на порестостта при спичането на повечето метали и труднотопими съединения [10— 12].

Вддядиехо-4 а--зттче€ката--д^вдода на газовата среда. в която става^опичането."сУ=5и ^ з я в а главно ^способността на тази сре­да да увеличи- или намалиГ-ХОлйчеството. на повъпхностно адсор­бираните и химически свързани газове в металТШТ1 'ЩТахеее. В присъствието на такива газове "и особено на окисни слоеве на повърхността на частиците процесът на спичане чувствително се забавя. Ако дадена газова среда може да редуцира тези слоеве. тя ур^ордия гпичянето. В обратния случай, когато газовата среда има окислителна- действие, (например спичане на хром и хромсъ- държащи железни сплави в среда от влажен водород) — нейното

132

Якос

т на

опън

, М

И/т

-3 3

Фиг. 3.5 а. Изменение на якостта на пресо- Фиг. ЗГ5 б. Изменение на.< относителното вдно изделие от железен прах при спичане удължение на пресовано изделие от же­

лезен прах при спичане

СОСО

5 п> в

1

действие ще бъде забавяптп. ГТрйгтииртп на газовата среда (ре­дукционно, неутрално или окислително) спрямо даден метален прах се определя от изменението на термодинамичния потенциал (Дг£) на системата метал — метален окис — газова среда. Начинът

I на изчисление на Дг° на тази система е разгледан в 1.2 и 3.3.

Фиг. 3.6. Уплътняване на брикети от железен прах, пресо­вани при различно налягане (температура на спичане 890°С)

Спичането съществено зависи_ и от дисперсността и налич­ността на дефекти в кристалдаха^-с-т-рук-ту^а-на-металните ппахо-

№вбГ~КЬлкото праховете г я-гт-Аинххдждерсни и имат- повече дефак- ти в структурата, тплупвя гпндянрто__им е ло-интензивно /гЪиг. 3.8).

I Праховете, получени при неравновесии условйя'ТТТиски температу- М ри на редукция или разлагане, твърди режими на електролиза),,

дават при спичането по-голямо свиване. Обратно, ако такива пра-] хове предварително се отгреят при по-ниски температури, крис- талната им структура се стабилизира и след това те показват по-малка склонност към спичане.

134

Фиг. 3.7. Изменение на общата (1) и на закритата (2) порестост при спичане на брикети от меден прах

при температура 900°С

Размер и а частиците с1,ттп

Фиг. 3.8. Влияние на средния размер на ча­стиците на електролитен меден прах върху

неговата спекаемост при 1 0 0 0 °С

Описаните експериментални резултати показват как различни­те параметри на спичането (температура, време, изходна порес- тост, дисперсност и структура на праха) влияят върху изменение­то на свойствата на спечените образци (плътност, якостни пока­затели и др.). Това изменение на свойствата се обуславя от из­менението в структурата на порестите образци през време на спичането — увеличаване на контакта Шлёдучастиците.~^араства' не на откритите пори и свързаното с това свиване на образците, сфероидизация на закритите пори и рекристализация на метала. Очевидно е, че за да се извършат повечето от тези структурни изменения, е необходимо да се осъществи пренасяне и обмен на вещество (маса) между частиците в пресованите образци. Следо­вателно, за да се обясни влиянието на различните параметри на спичането върху изменението на физико-механичните свойства на спечените образци, е необходимо преди всичко да се отговори на въпроса: по какви начини е възможно масопренасянето в метали­те и кой от тези начини е доминираш в процеса на. спичането. Въпросът може да бъде поставен и така: кяк-ьв е механизмът на масопренасянето при спичането.' .за да се отговори на този въпрос обаче е необходимо да се дадат сведения за атомната структура на металите и за измене­нието на тази структура при механични натоварвания, деформа­ции и нагряване.

/ Както е известно, веществата са изградени от елементарни ’ частици (атоми, йони, молекули). При Флуидите (газове и течно­

сти) елементарните частици се намират на сравнително големи разстояния една от друга и сили на взаимодействие между тях или отсъствуват (например при разредените газове), или са мал­ки. Освен това частиците се намират в по-голяма или по-малка степен на хаотично движение и могат сравнително лесно да се преместват едни спрямо други. Всичко това обуславя липсата на ■собствен обем и формя (при газовете) или собствена форма (при течностите) и наличността на бързо масопренасяне, водещо до изменение на обема или формата при сравнително слаби външни

, въздействия. При тит,ргтнтр ь-рчстални тела разстоянията между I/ елементарните частици са много по-малки и съществуват значи- I тгелни сили на взаимодействие между тях. Това са сили~както ' ана привличане, така и на отблъскване и взаимното разположение

Ша частиците и разстоянията между тях са такива7~че силите на привличане и силите на отблъскване се уоавновесяват. Това от

I своя страна“ обуславя строгото подреждане на частиците еднаV «спрямо яруга и да тяхното взаимно преместване.

136

Такова подреждане има в целия обем на твърдото тяло, т. е. разположението на частиците в пространството (обемът на твър­дото тяло) периодически се повтаря и може да бъде изразено със семейства от паралелни плоскости, в точките на пресичането на които да се разположат еле­ментарните частици (т. нар. крие- тална решетка— фиг. 3.9) Това дериляична- подреждане на ато­мите (йоните, молекулите) в крис­т алните твърди тела е термодина­мично стабилно състояние. При това малки вероятно е премества­нето на частиците от един възел на кристалната частица в друг; всяка частица може да извършва само топлинни колебателни движе­ния около своя възел. Това, от своя страна обуславя отсъствието.

Фиг. 3.9. Кристална решетка на КаС1

Флг. 3.10. Атсм 1а струк­тура на металните зърна

на масопренасяне в идеалните кристални туьрди тела, както и невъзможността да се извършат пластични “'деформации в тях. ^^^£аднЩ £_ кристални твърди тела, каквито са металите и сплавите, описаната структура съществува в малки обеми. Самото твърдо тяло представлява в същност плътен конгломерат от зърна, които са разориентирани едно спрямо друго (фиг. 3.10). Самите ~Ъърна се състоят от множество мозаични блокове, които са съвсем слабо разориентирани едни сп'рямо други. В блоковете,

137

общо взето, идеалният порядък съществува, но той може да бъ­де нарушен от това, че някои от възлите на кписталнятя решет­ка не са заети от атоми (т. нар. вакантни възли или пськратко вакянтши1 или пък някои атоми са разположени в междувъзлията

Фиг. 3.11. Точкови дефекти (ваканции и атоми в междувъз­лията) в кристалната структура

(фиг. 3.11). Границите между зърната и между блоковете, вакан­циите и атомите в междувъзлията са отклонения от идеалния порядък в твърдото тяло и се наричат дефекти в -кристалната структура или просто дефекти?, В зърната-И А м озаичните блоко­ве могат д а , съществуват и друг вид дефекти, наречени дислока­ции. -При тяж нарушението представлява липса на част от едда или няколко плоскости в кристалната решетка. 'На ФигГ~ЗЛ2 е показан най-простият вид дислокация — линейната. Освен споме­натите дефекти в зърната и между зърната известна дефектност в структурата има на външната повърхност на твърдото тяло. Тя се обуславя от това, че атомите на повърхността имат неурав­новесени сили на взаимодействие, тъй като те не са обкръжени отвсякъде със съседни атоми, както атомите във вътрешността. Поради това подреждането на атомите на повърхността и раз­стоянията между тях са различни от тези в идеалната кристална решетка. Освен това ненаситените сили на повърхностните атоми пбугляият наличността на пг>и'крУНГ|Г'ГТ1П тпрр-ш-рнир (за което се спомена по-горе) и стремежа да се привличат намиращих£_се_в. гязовата с р е я а -ияпяррнн-собств р н и ятпми (к-онлен.чяпия") или ЧУЖ­ди атоми и молекули (адсорбция).

138

Като обобщение може да се каже, че кристалната структура на металите е нарушена о т . редица дефекти. По-горе бегло бяха споменати само някои от тях — тези, които играят съществена роля в масопренасянето при спичането. За по-пълно и задълбо-

чено запознаване с различните видове дефекти в кристалните твърди тела, техните свойства и особености, причините за тяхно- то възникване и тяхната термодинамична стабилност, както и за тяхното влияние върху физико-механичните свойства на металите и другите твърди кристални тела могат да се използуват редица монографии [1,13—19], посветени на тези въпроси. Ще споменем само, -че~сноред-Ларукс | 20] всички дефекти могат да бъдат кла­сифицирани в три групи:

1. Точкови или атом ни ттрфркти (ваканции, атоми в междувъз- лията).

2. Линейни дефекти (дислокации).3. Повърхностни дефекти (граници между зърната, свободни

повърхности).Двете последни групи обединяват метастабилните, т. е. неста­

билните в термодинамично отношение дефекти. Атомните дефек­ти обаче могат да съществуват при термодинамичното равнове­сие на твърдото тяло.

13 9

I Разглеждането на различните видове дефекти в структурата И на металите се налага поради това, че благодарение имрнно на I* д ефектите е възможно масопренасянето пя се извършва с изме-1 УЛ,М& ско.р.огт. Възможни са ндколко вида. жасппренясяне. Тъй

като те играят определена ройя при спичането, ще се спрем по­отделно на всеки един от тях.

Плоскост на при- пмзбане

• • • • • • • • • • • • » > • •• • • • • • • • • • • • • • • •

Предипришзване

• • • • • • • • • • • • • • •н > »

• • • • •• • • • •• • • • •Начало на припльзбане

• • • • • •• • • • • •• • • • • •

• • • ¥ • • • • • • • •• • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • •Продължение на След приприплъзбането плъзва не

• •

• •

й = дислокация

Фиг. ?.13. Пласт, чна деформация на метали чрез приплъзване

^ П л а с т и ч н а деформация, заякчаване и отвръщане. Когато върху даден метал се упражнят постяттьчнп виспк-м рпнпгтран. ни напрежения, той се деформира пластично. Това се осъществя­ва чре^ приплъзване на атомите по определени плоскости (фиг. 3.13) главно чрез възникване и движение на дислокации. Следователно в случая се извършва масопренасяне (преместване на две атомни полуплоскости на разстояние х) посредством движение на отдел­ни части на кристалната решетка едни спрямо други под дейст­вието на външни напрежения. Следствие от пласхизйаад-дефор1«а- ция е т.^нар. заякчаване (увеличаване на твърдостта, намаляване на пластичността) на метала. Заякчаване се наблюдава прйГпресо- Банёто на "металните прахове и е причина- за необходимостта да 'се п р и л а га ’г все по-високи налягания, за^да се увеличи плътността 1га“Ьрикетите с единица.

При нагряване на пластично деформираните метали лоради повишената ^температура атомите стават по-подвижни и дислоци- раните атоми се връщат в нормалните си положения: създадените дефетшПГзошГ сами се пререждат. ,С други думи, заякченият мё- татРсе отвръща. При пресованите железни прахове отвръщането става например при температури между 400 и 600°С.

б. Повърхностна дифузия и изпарение — кондензация. При температури над 0>3 ТТ (Тт — температура на топене на метала)

140

атомите на повърхността стават лостят-ьчнп пояниж.ни...и могя-гда^Се~1фидвйжМ1' (дифундират^ТЖлшвт^пунпгтта_Повърхностно-тег~напрежение о руслата н^соч^тш~л1ВИЖение на повърхностните атоми от изпъкналите части _ на. повърхността към вдлъбнатите или по-мадка изпъкналите части. ~ "" '' Друг вид масопренасяне е~т. нар. изпарение — кондензация

или дестилация. При този механизъм пренасянето на вешество-от една част на повърхността към друга става през газовя фязя. Процесът също се основава на повърхностното напрежение и ре­лефа на повърхността. Равновесното налягане на парите над по­върхността е пропорционална на отношението — (а — повърхно­стното напрежение, г — радиусът на кривината на релефа на по­върхността). Това означава, че налягането на парите над изпъкна­лите части на повърхността е по-високо от това над по-малка изпъкналите или над вдлъбнатите части. Вследствие на това над. изпъкналите части трябва да има повече изпарени атоми, отколко­то под вдлъбнатите. Но в газовата фаза изпарените атоми се стремят да бъдат равномерно разпределени. Вследствие на това над изпъкналите части непрекъснато се изпаряват атоми, а над, вдлъбнатите се кондензират. Това би трябвало да продължи

.окато различните повърхности придобият еднакъв ра-

в. Обемна дифузия. При температури над тамановата (0,5 Тт )> масопренасянето може да протече по друг механизъм — обемна дифузия. Тя се извършва, както показва името й. в обема на

• криотЗла чрез придвижване на атомиге. '^ е р г Р гичтГо най-изгодно п ш а става с помощта на ваканциите. .Някои от съседните на ва­канцията атшпгзаема вакантния възел и по този начин неговото място става вакантно. Ако това се повтори многократно и в ед­на посока, се осъществява движение на атомите (вещество) в една посока, а на ваканциите (обем) — в" срездушложната-псгеока (фиг. 3.14). За да има насочено ' движение на атимигег респ. на ваканциите, е необходимо да има разлика в концентрацията на ваканциите на различйи места в кристала, иамо тогава щ е с е об­разува поток от ваканции от по-високата към по-ниската концен­трация, като скоростта на този поток се определи от законите на Фик:

диус на кривина.

(3-3)

дс „ д2с (3.4»дх ~ и дх*1 4 1

къдетот е количеството на дифундирали ваканции (атоми):И — дифузионна константа;5 — повърхността, чрез която се извършва дифузията;

с0, с — концентрациите на ваканциите в местата, между кои­то протича дифузията;

х — разстоянието между тези места; т — времето.

п о о о о о о о о о о о о о о о

° о ь о о ° о 0 - 0 О ° о 0 о 0 о 0 о 0 о 0 ^ р о ° о, & о О Т О о СУ ° о 0 п ° о ° ^ Г о 0 о

О О О О О О о 0 * 0 О СГЗо о оо о д з # о о о о о о с Г о о о о

о О О^Сг О О О О > Р Г ° ° ° ° ~о о » о р о о о о о

0 0 ( 7 0 0 0 0 0о о с Г о о о о о о

о о о о о о оо о о о о о 0 0 0 0 0 0 о 0

о о о о о о о О О О О О О ^ 0 О п ° оО О О О О О О О О О 0 / ° л О П °

о о о о о о о о о о о ^ п ° л о п ° оо щГ о о о о о о ° о о о 0 о 0л о ° о ° :

о о о о о о о О О О О О о П ° О о °о о о о о о ° л ° о ° лв о о о о о 0 °0 00 0 ° 0 0

о о о о о о о о о о

о 0 / 0 * 0 ' Р оо ю 4 0 ^ , 0

о оч оо о ~ о о о О

О О О О О О О

Фиг. 3.14. Схема на различни механизми на обемна дифузия в кри- сталната решетка:

а — обемна и пръстеновидна; б — по междувъзлията; е — ваканционна; г — по субграниците; д — релаксационна

Причини за възникване на разлика в концентрациите на вакан­циите в твърдото тяло са също така повърхностното напрежение и релефът на повърхността. Показано е [21], че равновесната концентрация на ваканциите зависи (аналогично на равновесното

142

парциално налягане на парите) от горните две величини съгласно израза

Ас е изменението на концентрацията на ваканциите спря­мо равновесната;

а — повърхностното напрежение; г — радиусът на кривината;

У0 — елементарният обем.Следователно концентрацията на ваканциите на вдлъбнатите

места (при спичане — порите) е по-висока от тази на плоските ~ месга~(в ъ н шната~ 11 сжгрхнаст. - ла образеца). Поради това ваканпии- т е~~се движат от повърхността на порите ппез о^гмп нп -Ла къ*И~Твъншната повърхност. Б съшност това" означава срещупо­ложно движение на атоми от външната повърхност към повърх­ността на порите, вследствие на което става зарастване (залича­ване) на порите [22, 23]. Аналогичен процес може да се извърши и между самите пори. Колкото по-голяма е пората, толкова е по- голям г, а Ас— по-малко. Вследствие на това се осъществява движение на ваканции в обема на кристала от по-малките към по-големите пори или на атоми в обратна посока. В резултат на този^Ттроцес малките пори се ликвидират за сметка на по-големи­те. Показано е също [24], че е възможна дифузия на ваканции от порите към границите на зърната и към отделните дислокации. /

Обемната дифузия, в резултат на която става пренасяне на ( В£1Цествб~~(атомиУв 'елна посока и на обеми {пори) в..обратна по^ сока, е един от най-еФективните начини на масопренасяне при| металите. 11ри спичянето тя играе важна роляГнсГпри сравнйтел-1 ноГвисоки т£мпе.ра-тури--(Х1-дри--каито нейната- скор&с-т-е - - доста тъчно голяма, В уравненията (3.3) и (3.4) дифузионната константг и нараства експоненциално с повишаване на температурата 7 съгласно израза

V*(3.5)

където

аоО = О 0 -е кГ > (3.6)

къдетоDo е предекспоненциален множител, равен на И при Т-*°о ;

и0 —■ активиращата енергия на дифузията; к — константата на Болцман.

143

г. Рекристализация и нарастване на зърната. Дифузията не е единственият процес на масопренасяне, който протича над та- мановата температура. Успоредно с нея протича и рекристализация. По същество тя води до реорганизация (частична или пълна) на сис­темата на зърната, т. е.' до изменение- на размера и броя на зърната. Причината з? прртртянртп р^кристалияациятар същата, както и при отхрявай&км— е^ремежа^да^гепвгамалят вътрешните- н а пр е ж е н ия и дефектните зони, възникнали вследствие на студената деформа­ция на метала (в нашия случай при пресоването- на металните

<'\ прахове).” Рекристализацията^се извършва, като в дефектните зони ■ се образуват нови зародиши от мозаични блокове с поавилна ое- шетка. Впоследствие тези зародиши нарастват за сметка на съ­

ществуващите зърна. След като завърши рекристализацията, се ! наблюдава нарастване на зърната — т. нар. събирателна рекриста­: лизация, която представлява допълнително нарастване на големи- | те зърна за сметка на малките. Тя е обусловена от стремежа на твърдото тяло да ~сведе до минимум повърхността на границите

' на зърната. ,Рекристализацията играе при спичането второстепенна роля. По

правило в пресованите образци спичането започва преди рекриста­лизацията и протича повече или по-малко независимо от нея.

д. Пластично течене. Пластичното течене на металите е ана­логично на пластичната им деформация, но не се дължи на външни напрежения, а протича самопроизволно вследствие на вътрешни напрежения в самото твърдо тяло.

По-горе бе разгледана пластичната деформация на металите под влияние на външни едностранни напрежения. Минималните напрежения, които могат да предизвикат пластична деформация на даден метал, зависят от неговия вискозитет. Френкел [25] пръв е показал, че има връзка между вискозитета (г/) на кристалните тела и дифузионната им константа (О). Впоследствие зависимост­та, дадена от Франкел, бива уточнена [26—28] и добива следния вид.

1 И.&V ~kT .L t' (3.7)

където5 е константа, зависеща от кристалната решетка;к — константата на Болцман;Т — температурата;Ь — размерът на зърната или мозаичните блокове.

144

Следователно колкото по-висока е температурата Т (да не се забравя, че £> нараства експоненциално с Т съгласно формула 3.6) и по-малки са размерите на зърната, толкова по-малък е виско­зитетът на метала и толкова при по-слабо външно въздействие ще се извърши пластичната деформация. При достатъчно високи Т и малки £ вискозитетът у може да се намали дотолкова, че пластичната деформация да се осъществи не от силни външни въздействия, а от слабите капилярни (лапласови) сили, дължащи се на повърхностното напрежение а. В такъв случай ше се, осъ­ществи самопроизволно течене на метала брд учягтиртг> на в ш т . "ни въздействия. Капилярните сили са пропорционални на израза— , вследствие на което пластичното течене протича така, че сенамаляват свободните повърхности на порестите образци (външна повърхност и повърхност на порите).

Пластичното течене е ефективен начин на масопренасяне. То се гщоявява обаче предимно П ри ''високи температури на спичане на~финодисперсни прахове със силна1л.ефЕктна „криеталня-струк- тураУТГри по-ниски температури участвуват повърхностната дифу­зия и дифузията по границите на зърната..

г * Като "обобщение на горните^ разглеждания може да се отбеле­жи, че масопренасянето се извършва в същност по два основни механизма: 1тр°а л°'Ш|1ЦДР птпрпни ят^^и(ппвъпхностна'иобем на дифузия^ изпарение — кондензадия^рекристализация) л чре

| крнг-тялнятя прщртка-е-ДДИ сппямоI япугТГпол действието на външни иливътрешни напрежения /плас-^ ~"гична~деформация й течене). "

След като разгледахме различните механизми на масопренася­не в металите, нека се върнем отново към първоначално поста­вения въпрос за механизма на спичането. Да припомним, че спи- чането може да се разглежда като процес, който протича в два ртяра. При първия се увеличава контактът между частиците, и вследствие на това се намалява откритата порестост. Във втория етап, когато откритите пори са се превърнали в закрей пори^се нЯвлюдава само изменение в техния брой, размери и форма.*- В първия етап на спичането възможните механизми-на масо­пренасянето (пластично течене, повърхностна дифузия, обемна ди­фузия и изпарение — кондензация) действуват в една и съща на­сока— увеличаване на контакта между частиците или, както се_. казва, удебеляване на контактната шийка (фиг. 3.15)."‘Вследствие на това частиците на металните прахове се агломерират в по-го­леми частици и процесът продължава дотогава, докато порите

10 Праховата металургия в машиностроенето 145

между частиците остават открити. Резултат от масопренасянето в първия етап на спичането е и своеобразното изместване на от­критите пори към повърхността на брикета или образуването на закрити пори (фиг. 3.1б). Вследствие на описаните процеси якост-

Фиг. 3.15. Влияние на различните начини на масопре- насяне в първия етат на спичането:

а — пластично течене; б — повърхостна дифузия; в — обемна дифузия; г — изпарение — кондензация

ните показатели и електропроводимостта на спичаните образци се повишават, а порестостта намалява, което пък е свързано с намаляване на техния обем и линейни размери.

Във втория етап на спичането има само закрити пори. В тозислучаи различните механизми на масопренасяне деиствуват в раз­лични насоки .(фиг. 3.1'Л. Пластичното течене се стреми да свие порите под действието на всестранния натиск, създаван от капи­лярните сили на обкръжаващия метал. Механизмът Т.изпарени&.— кондензация“ не може да измени обема на закритатеттортт-а само изменя формата им, която се стреми към сферична. Обемната ди­фузия на ваканциите между дбе^пори с различни размери води

'“Тгтгугатгоуяване ня големите пггри-за сметка на ~м~алките. Обемна- 1=адифузия на ваканциите към външната повърхност води до на-

146

маляване на обема на закритите пори. С това се обяснява свива­нето на образците през втория период.

Физикохимичните основи на спичането достатъчно добре опис­ват процеса, но в качествено отношение. В количествено отноше-

Фиг. 3.16.

Фиг. 3. 17. Влияние на различните начини на масопренасяне във ьтория етап на

спичането:а — пластично течене; б — повърхностна дифузия и

изпарение — кондензация; в — обемна дифузия

ние това не е така — изчислените скорости на свиване въз ос­нова на различните видове масопренасяне са се оказали значително по малки от тези, наблюдавани експериментално. Предложени са някои хипотези [3] за обяснение на това несъответствие, но те се отнасят само за конкретни случаи.

В заключение може да се отбележи, че в областта на теория­та на спичането са постигнати значителни успехи, които са поз­волили да се изяснят редица явления и да се намерят зядигимп-

147

сти между отделните параметри на процеса. Засега обаче още не е създадена цялостна теория, която напълно да описва процеса в качествено и количествено отношение. Не бива да се забравя, че спичането е пряко свързано с химията и физиката на твърдо­

" сг в науката, която тепърва се развива.

1чно отношение процесът на спичане се провежда срабнително лесно: пресованите порести тела се поставят в пещи с неутрална илй~1Гедукционна гАзовО[Тмотферз~1Г~се спазва оп­ределен темдеоатузен. режим: нагряване до дадена ~темдесотура. задържаме "за определено време при тази температура и накрая охлаждане. ' ’ ';;:::ЧЭёщите, в които се провежда тази технологична операция, трябва да имат висока производителност и стабилен температурен режим, който да може сигурно да се регулира и контролира. В практиката като най-подходящи са се наложили пещите с непре­къснато действие (напр, тунелни пеши), в които детайлите- се придвижват с определётга~~скорост от входа към изхода. По кон­структивно оформяне те са "подобни на пещите“за редукция на метални окиси на цветни и труднотопими метали (вж. фиг. 1.14). Изискванията по отношение на температурния режим обаче са много по стдоци. На фиг. 3.18 са показани правилен и неправилен

' температурен режим на спичане на изделия на желязна основа. Правилният температурен режим се обуславя от редица техноло­гични особености при спичанбто. В началото е необходимо да се изпари пластификаторът, к а т пълното му отделяне трябва дастайер преди" да започне интензивното гпичяне. В противен случай отделянето на пластификатора от вътрешността на изделията ..ще бъде затруднено и може да доведе до тяхното надуване и на­пукване. Следващото повишаване на температурата до тази на спичането трябва да се извърши в началото сравнително бавно. за да могат детайлите да се нагряват равномерно, и да се извър­ши "редукцията на окисните слоеве, преди да е яяппчнялл яярягт- ’Ването"’ на откритите пориГЗоната на спичането трябва ля има постоянна температура, за ла се извърши правилно спичането и да се осигури по-висока производителност на пешта. Следващото охлаждане на детайлите не трябва да бъде много рязко, защото това може да предизвика напрежения и напуквания, особено при детайли със сложна конфигурация. Препоръчва се на изхода- де­

рактика на спичането

148

тайлите да бъдат охладени най-много по към 60° С. а не до по- ниска температура поради това, че в^газовата среда винаги се съдържа водна пара било от недостатъчно изсушен входящ газ, било от редукцията на окисните повърхностни слоеве на изделия-

а)

~Е

Фиг. 3.18. Правилен (а) и неправилен (б ) температу­рен режим на спичане на изделия на желязяа основа

та. При охлаждане до ниска температура може да се достигне температурата на оросяването и водната пара да се кондензира пометените на охладителната зона и по самите детайли, което е нежелателно.

149

От казаното става ясно защо температурният режим, показан на фиг. 3.18 <5, е неподходящ: спичането започва още преди да е напълно отделен пластификаторът, температурата на спичане се достига в много малка част от дължината на пещта, изделията са доста горещи, когато влизат в охладителната зона, и се охлаж­дат много бързо.

При спичането важен въпрос е измерването и регулирането на температурата. Обикновено това става с те^ш-о-п-воик-и-или с сш1и: чен пирометър. По този начин обаче се измерва температурата в

-едЧа"или в най-добрия случай в няколко точки на пещното про­странството. Обикновено се избират характерни_точки пт про­странството. Такива са например краят~н^~Вшгат^н51охделяне на пластификатора началото и кпаят на^оната на спичане (вж. Фиг. ХШ. Съществено е обаче да се знае, когато температурата в тези из­мервани точки достигне определена стойност, каква е температу­рата в останалата част на пещното пространство. За тази цел, след като се стабилизира температурата в измерваните точки, през пещта постепенно се прекарва от входа до изхода дълга термо­двойка (нейната дължина трябва да е по-голяма от тази на пещ­та) заедно със спичаните изделия. Така се получава за определена пещ конкретната температурна крива, аналогични на кривата от фиг. 3.18, която показва разпределението на температурата по дължината нч пещта. Въз основа на такива криви може да се изчисли времето на престояване на детайлите във всяка зона на пещта, при условие че се знае скоростта на придвижване на де­тайлите в пещта. Обратно, ако се знае оптималният режим на спичане (зависимостта температура — време) за дадени изделия, въз основа на температурните криви на няколко пещи може да се прецени коя пещ е най-подходяща и коя е оптималната ско­рост на придвижване на детайлите в нея.

Самото придвижване на детайлите ге изяършва по наЙ4^здич- - ни^начини. Засега най-разпространеният е следният: детайлите се поставят“1в метални (керамични, графитови) съдове, наречени кон­тейнери или ладии, и се придвижват с помощта на тласкач, мон­тиран на входа на пещта. Движението на ладиите е усъвършен- ствувано в използуваните напоследък пещи с трянгппртни л&нти (фиг. 3.19), но само за температури до 1150°С [29]. За по-високи температури се^използуват пещи с крачещ под (фиг. 3.20). В табл. 3.2 са показани основните данни на две такива пещи [30]. По-подробно описание на различните видове пещи за спичане мо­же да се намери в монографията на Поздняк и Крушински [31].

Същността на практиката на спичане не се изчерпва с уетрой-

150

Зона за нагряване

Високо - температурна зона , Охладителна

зона

11 Г И ПП ПР1 Цгр тртшисг

Схема на придвижване на ладиите в пещта

Високо -температурна 3от за зона нагряване

Фиг. 3.20. Схема на пеш с крачещ под

151

Т а б л и ц а 3.2

Основни данни за пещите за спичане с крачещ, под (30)

Данни П еттнвй-мо—2оаэ

Пещ MHeg—Мо—3200

Обща дължина на пещта, шш 136П0 18000Дължина на зоната за спичане, шш 2 0 0 0 3200Дължина на зо н ата за ьагряване, т т 2250 3000Дължина на охладителната зоьа, ш т 4900 7350

Размери на ладиите, шшдължина 330 330ширий^ 265 265височина 90 9J

Максимална температура на зонатаза спичане, 1350 1350

Максимална температура на зоната за нагряване, °С 700 700

Нагревателни елементи на зоната за спичане молибден молибден

Нагревателни елементи на зоната за нагряване хгом—никел хром —никел

Обща стойност, к\\Г 91 133

Разход на защитен газ, т 3/11 6 - 8 8 — 10Разход на охлаждаща вода, т 3/Ь 1 ,5 - 2 ,5 ~ 4

Максимална производител нсст, \ngjh 75 1 0 0

ството на различните видове пеши и техния температурен режим Важен е въпросът за защитната атмосфера: той е разгледан в следващия подраздел. Технологичните особености при спичането на различните праховометалургични изделия са дадени във вто­рата част, където са описани получаването, свойствата и прило­жението на самите изделия.

152

3.3. Получаване на защитни атмосфери

Наред с температурния режим съставът на газовата среда, в която се провежда спичането, играе основна роля за правилното провеждане на този технологичен процес. Да се предпазят спича- ните изделия от окисление е основното изискване по. отношение на газовата среда. Поради то!а такава газова среда се нарича и ще- •защигна-ятйюсфера. Газовата среда може не само да пред­пази металния прах, но и да взаимодействува с частиците му. Вследствие на това могат да настъпят редица промени в изделия­т а — десорбция на адсорбираните газове, редукция на повърхност­ните окисни слоеве, навъглеродяване (карбидизация), азотиране и др.

В табл. 3.3 са показани газовете, които влизат в състава на най-често използуваните в праховата металургия защитни среди и

Т а б л и ц а 3.3

Действие на различните газове при спичане на металокерамични изделия

Окислително Редукционно Карбидизиращо Инертно Нитриращо

Въздух Водород Въглероденокис

Вакуум Амоняк

Въглероден Въглероден Метан Хелий Азотдвуокис окис Пропан Аргон

Водни пари Метан

Разложе ♦ амоняк

Други въглево­дороди

Азот

тяхното действие спрямо изделията на желязна основа. Необхо­димо е да се отбележи, че дадените указания имат най-общ ха­рактер, тъй като действието на газовата среда зависи от качест­вения и количествения състав на газа, от температурния режим на спичане и от материала, който се спича. Така например смес от СО и С 02 в зависимост от условията може да действува ре­дукционно или окислително, карбидизиращо или декарбидизира- що. Смес от Н9 и в о д н и..п ар и__м о же . да действува редукцион­но или окислително. З а да може да се предвиди“" за- всеки

153

конкретен случай действието на газовата среда, е необходимо да се проведат изчисления, основаващи се на законите на химическа­та термодинамика. По принцип тези изчисления почиват на химическия афинитет на кислорода, въглеропя или азота към спичания метал, от една страна, а от друга — към компонентите на газовата среда. Въпросът се свежда в същност доГйзчислява- не на равновесните константи на възможните реакции на взаимо­действие м р ж п у гпичяния м етял и компонентите на газовата среда.

"Като примерда разгледаме сравнително прост случай — спичане на железни изделия във водородна среда. В раздел 1.2 бе пока­зан начинът на изчисление на равновесната константа и на рав­новесния състав на газа. Конкретно за реакцията

РеСН Н а-*РеН-Н20 (3.8)

бе изчислено, че при 950°С равновесният състав на газа е 60 об.% Н2 и 40 об.% водни пари. От това следва, че газова смес от Н2 и водни пари, съдържаща под 40 об.°/0 водни пари при 950°, ще дей1 ствува редукционно [ще предизвика протичане на реакцията (3.8) “отляво надясно], а при съдържание над 40 об.% водни пари — окислително. Разбира се, тези резултати се отнасят; само за тем­пература 950°С. За други температури равновесният състав се изменя, тъ~й~тгато е функция от температурата. Данни за равно­весния състав на газа при различни температури за реакцията {3.8), а също така и за редица други окиси—редукционни реак­ции от същия вид, се срещат често в литературата [32—34] и се дават във вид на криви — равновесен състав на газа— темпера­тура. Поради това тук те не се прилагат. Ще споменем само, че в разглеждания случай понижаването на температурата води до намаляване на равновесната концентрация на водните пари. На­пример при 400°С равновесната концентрация на водните пари е към 5 об.%, а при 60°С — само 0,25 об.%. Това означава, че с__, понижаване на температурата съдържанието на водните пяпи във водорТЩГтрябВЗ" да 0 ьдс~знач«телно по ниско, за да няма газ'вт окислително действие.,. Например при спичане на "железни изделия

' с "влажен водород, съдържащ 5 об.% влага, газът ще действува окислително на пресованите изделия, докато те се нагреят до 400°Г„ Плел това при по-високи температури газът т е действу­ва ре&у&ццонно, _&а1о~ще редуцира окислените преди това слое­ве. След като за върши спичането, при охлаждането на спечените'

/детайли под 400°С газът пак ще действува сгетгслитёлно и по^_ йвърхността на детайлите ще бъде окислена. ' ~

154

В табл. 3.4 са дадени равновесните концентрации на водните пари при различни температури за общата реакция МеО +- Н2 —>■ Ме + Н20 , (3.9)където Ме е някои от използува ните за спичане метали.

Фкг. 3.21. Зависимост между съдържанието на водни пари във водорода и температурата му на оросяване

Ниските равновесни съдържания на водните пари се дават понякога не в обемни %, но и с т. нар. температура на оросява­не. Тя означава онази температура, под която съдържащата се във водорода водна пара се кондензира, като преминава в течна фаза. Обикновено кондензираната влага е във вид на ситни кап­ки роса. откъдето идва_и-няимен©вание-то на това понятие. За­висимостта между^температурата на оросяване на влажен водо­род и съдържанието на водни пари в него е дадена на фиг. 3.21.

155

При спичане на изделия в газова среда, представляваща смес от СО и С 02, е необходимо също да се знаят равновесните кон­центрации на СО и С 02 за реакциятаМ еО +С О —*М е+ С 02, (3.10)за да може да се установи действието на даден състав на газо­вата среда при определена температура спрямо спичани изделия от някакъв метал. По принцип изчислението на £р и на равно­весния състав на газа за горната реакция не се различава от то­ва на реакцията (3.9). Някои изчислени стойности са дадени в табл. 3.4. В случая обаче трябва да се има пред вид едно обстоя­телство, което усложнява явленията. Това е възможността реак­цията на разпадане на въглррппния ок-иг

2СО(Г) —* С 02(Г) + С(ТВ) , (3.11)да протече_л£зависимо-от- реакцията_(ЗЛ0)1

'ЕГтакъв случай съставът на постъпващия в пещното прост­ранство газ няма да остава постоянен, а ще се променя, докато концентрациите на СО и С 0 2 станат равновесни по отношение на реакцията (3.11):

у _ ■Рсо,/Сп --р — ^ 7~ усоВ крайна сметка действието на постъпващата газова смес от СО и СО» няма да се определя от нейния състав, както при сместа

Г\ \ Н2 — водни пари, а от това, дали равновесната концентрация на С 02 съгласно реакцията (3 11') е по-голяма или по-малка от тазТГ на реакцията (3.10). В първия случай газовата смес пте лейст^ува тлгислителнд^ а във втория — редукционно. Зависимостта между\равновесния състав на газа Съгл’асн кцията (3.11) и темпера­турата може да се намери в редица литературни източници [32, 33, 35]. Ще споменем само, че при ниски температури (до 400°С) тази реакция е изтеглена силно надясно (/?со2> 9 7 % \ а при ви­соки температури (над 950°С) — силно наляво ( /? с о ,< 3 % ) . Зави­симостта равновесен състав на газа — температура за реакцията (3.10) за различните метали може също така да се намери в доста монографии [32—34].

Реакцията (3.11) представлява интерес и с това, че при ней­ното протичане се отделя (или консумира) въглерод. Това озна­чава, че при спичане на карбидообразуващи м етя л и (Р?, Гг>, 1411, _

Мо, Сг и т. н.) или на техни карбиди газова смес от СО и

156

Т а б л и ц а 3.4

Равновесно съдърж ание на водните пари или на С 02 за реакциите (3.9) и (3.10)

РеакцияРавновесно съдържание на водните пари

при редукция с Нг, %Равновесно съдържание на въглеродния

двуокис при редукция с СО,

40Э»С 80Э‘С 1200°С 1403’С 40Э’С 800°С 1200’С 14<№С

Си20 ->Си > 99 ,9 > 9 9 ,9 > 9 9 ,9 > 99 ,9 > 99 ,9 > 9 9 ,9 99,9 99,5РЬО ->РЬ > 9 9 ,9 > 99 ,9 > 9 9 ,9 > 99 ,9 > 99 ,9 > 99 ,9 99,8 99,6

, № 0 - > № 98 99,0 99,1 99,2 > 9 9 .9 99,9 96,2 95,2СоО -> Со 98 96,2 95,2 94,3 99,9 97,1 >92,2 > 90 ,9Ре20 3 —*■ Ре304 > 9 9 ,9 > 99 ,9 > 99 ,9 > 9 9 ,9 > 99 ,9 > 99 ,9 99,9 99,9Ре30 4 -► РеО — 69 94 97 — 68 87 92РеО -> Ре — 35 44 46 — 37 25 21РезО^ -»• Ре 7 — — — 51 — — —Сг20 3 —*■ Сг 5.10-7 1,4.10 3 1,2.10—1 2,5.10—х 1.10—5 2,2.10—3 5.10 2 Ь г .Ю - 1

МпО -*• М а 1,1.10-8 1,1.10“ 4 5.10-3 2,5.10—2 1,4.10—7 1,3.10“ 4 2,5.10“ 3 1,1.1 0 '2

>00осм>

1,1.10-10 1Д.10-6 1,5.10-® 1,1.10-2 1,4.10 9 1,2 10“ 5 1.10—3 2,5.10—3т ю 2 - + и — 3.3.10-7 1,6.10-4 1,4.10—3 1.10“ 11 5.10“ 7 1,2.10—4 5-10—4А120 3 —»■ А1 — 1,2.10—г1 1,4.10—т 7.10-® — 2.10“ 11 1,2 .10- 7 1,7.10 6

СП

СОа може да действува карбидизиращо или декарбидизиращо. За да се предвиди това действие, е необходимо да се знае рав­новесният състав на газа за реакциите

2СО(Г) —► С 02(Г) + С(ТВ),

хМе(ТВ) "НС^в) *■ Мех С(ТВ)или по-скоро за сумарната реакция

хМе(Тв) + 2СО(Г) —»Мех С(ТВ) + С 0 2(Г) . (3.12)Чрез съпостяване на състава на пропускания през пещта газ

с равновесния състав може да се предскаже действието на га­зовата среда. Равновесният състав на газа за реакцията (3.12) се изчислява въз основа на литературни данни [33, 36] за £)г°т по начина, описан в 1.2. Общо взето, с повишаване на температура­та реакцията (3.12) се изтегля наляво, т. е.-нейното карбидрзира- що действие намалява.

Когато като защитна среда се използуват метан (СН4) или други някои наситени въглеводороди, действието е предимно кар­бидизиращо или декарбидизиращо съгласно протичането на реак­цията

Тази реакция за разлика от реакцията (3.12) се изтегля вдясно с повишаване на температурата, т. е. в случая карбидизиращото действие се усилва.

Необходимо е да се отбележи, че разглежданията —зд-дейст- вието на газовата атм огфрря г р птнягят зя бикомпонентни см еси Г ' J ^ 1 — Н2). В редица случаи защит-

по-глпжрн гъгтдй. Тогава са възможни отклоне-ння в състава на тези газови смеси вследствие на взаимодейст­вия между самите компоненти на газовата смес. Например могат да протекат, следните реакции:

Накратко ще разгледаме действието на нитриращите газове 'Шд и отчасти N3). Силно нитриращо действие има амонякът, а

значително по-слабо — азотът. В табл. 3.5 са дадени термодина- мични данни за нитриращото действие на МН3 и N2 върху някои

хМе + СЦцг) -» Мех С(тв) +2Н 2(1) (3.13)

!0(г) +Н20(Г) —>С02(г) +Н2(Г) ,

' 4(1-) + Н 20 (Г) —>-СО(Г) -4-Н2(Г)

(3.14)

(3.15)

158

Т а б л и ц а 3.5

Нитриращо действие на N3 и NH3 върху някои метгли [37—39]

МеталТемпература на начало на образу­

ване на нитриди в азотна атмосфера, «С

Стойност на равновесната константа ^NHaR — -=----- за реакцията

р * н 2 2Me+2NH8=2M eN+3H 2 при ЮОО»С

Fe — 1000 1 .1 0 ~ 3Сг 8С0 1.10 - 9

V — 1.W-13Si 1000 8 .1 0 16Mg — 9 0 0 2 .1 0 - 16Ta 1000 5 .10 19Al 1200 1 .1 0 “ 22

Ti 80 0 — 1.10“ 25Zr — — 1 . 1 0 - 26

метали. Съобщава се също, че при спичане на желе^;и издедия в газова среда от разложен NH3 (Н2—N2 — смес) е достатъчно да има 0,2 об. % неразложен NH3, за да се предизвика нитриране на повърхността на детайлите [40]. Що се отнася до инертните газове (Аг, Не), както показва самото им име, те не взаимодей- ствуват с металите, т. е. имат неутрално действие. В редица слу­чаи това се отнася и за азота. Необходимо е да се обърне вни­мание на съдържанието на примесите в тези газове. Понякога малки примеси от въздух, 0 2, С 02 или водни пари в тях са до­статъчни, за да действуват те окислително.

Накрая да разгледаме отнасянето на металните праховомета- лургични изделия при спичане^във вакуум. Обикновено се смята* че вакуумът представлява инертна среда. Строго погледнато оба­че, това не е така. Не бива да се забравя, че под вакуум се разбира в гъитнпгт силно пазпеден газ. Във вакуумните пещи за спичане наляганетоПй^рМредения газ (обикновено въздух) е от порядъка 13,3 — 0,013 N/ra2 (1.10-1— МО-4 тора). Това означава, че парциалното налягане (/7о2) на кислорода (около 2 0 % от общото налягане) е 2,66 — 0,00266 N/m2 (2.10~2 — 2.10- 6 тора). Дали при това налягане ще настъпи окисление на метала, зависи от т. нар. дисоциационно налягане (р'п.) на металния окис—ва-спича-

159>

ния метал. Дисоциационното налягане представлява равновесното налягане на кислорода за реакцията

2МеО—2Ме+Оа 4 И* 3 f (3.16)' у “ fAA-и може да се изчисли въз основа на данните за Д н а тази реакция при дадена температура [вж. фиг. 1.10 и уравнение­то (1.8)].

В случай че дисопиаиионното налягане на МеО е по-високо от пар- циалното ндлпг^п»-Я!С£5сдпрп.л|я R гязоиятя грртт (п глучяя 2,66— РД&ЙЯ N/t^ ^ j . lQ -2—2.10~б тора), реакцията (3.16) ще протече о т д а й ^ гн а^ в ^ т. е. металът няма да се окисли, а ако на него­вата повърхност има окисни слоеве, те ще се разложат (дисоции- рат) на метал и газообразен кислород. В обратния случай (р;о2 <рое) металът ще се окисли. И в двата случая реакцията ще протече- в една или друга посока, докато p 0l се изравни с р'о2-

В табл. 3.6 са дадени дисоциационните налягания (р'о,) на окиси­те на някои метали. Вижда се, че разреденият въздух във ва­куумните пещи в повечето случаи действува окислително. И все пак се приема, че вакуумът е инертна среда, тъй като окислител­ното %£йствие е много слабо. Причината е, че вакуумните пещи представляват затворена (херметична) система. Окислителното дейавиУсеНшмзва, докато р 0г се изравни с р'р~ което при тези усЯ8вия води до незначително окисление. Например, ако във ва- куумна пещ с обем 0,3 т 3 (300 dm3) и налягане 0,113 N/m2 (1.10~8 тора) се спичат 15 kg железни изделия, за да престане окисле­нието {ро2=р'о2), е достатъчно желязото да свърже ЗЛО-4 g ки-

1Дисоциационно налягане p 'Qi за някои метални окиси, MN/m2

Tevnepa- тур °С CujO

Л 'РЬО N10 CoO SnOa FeO ZnO

80010 0 0

1 2 0 0

1400

7.10 1 1

2 . 10 8

2 . 1 0 6

2 . 10 “ 6

2 . 1 0 - 1 2

6 . 1 0 - 9

1 . 1 0 —6

8 . 1 0 6

8 .1 0 16

8 . 1 0 - 1 2

4.10- 9

6 . 1 0 —7

9.10~ 17

5.10—13

4.10 10

2 . 1 0 8

5.10 19 2 . 1 0 - 20

1 . 1 0 —16

2 . 1 0 - 13

4.10- 1 1

4.10“ 26

7.10 19

2 . 1 0 —18

11 M N /m ^lO at.

160

слород, което отговаря на увеличаване на кислородното съдър­жание само с 0,002 о/0. Естествено тези изчисления се отнасят за случаите, когато пещта е напълно херметична и в нея няма ни­какво „натичане“ на въздух. В противен случай окислението мо­же да протече в значително по-висока степен. Тук е целесъоб­разно да споменем, че другите пещи за спичане със защитна сре­да (вж. предния раздел) не са затворени системи. При тях обик­новено потокът от газ се движи в посока, срещуположна на по­соката на спичаните изделия. В случай че постъпващият газ има неравновесен състав, той ще проявява своето действие (окисли­телно или редукционно) непрекъснато. Наистина дадена порция от газовия поток взаимодействува в изотермичната зона със спи­чаните изделия, докато съставът стане равновесен, и с това взаи­модействието се прекратява. Но в следващия момент т&зи пор­ция газ се измества от нова порция с неравновесен състав, коя­то също взаимодействува със спичаните изделия, и т. н.

Както се спомена по-горе, газовите защитни атмосфери, изпол­зувани при спичането, са най-различни по състав и обикновено се състоят от няколко компонента. В табл. 3.7 са дадени съста­вът на най-използуваните защитни атмосфери, изходните материа­ли за тяхното получаване и основните им свойства. На фиг. 3.22— 3.26 са показани схематично технологичните схеми за получаване на Н2, конвертиран природен газ, разложен амоняк, екзо- и ендогаз.

По-подробно описание на технологичните режими за получа­ването на защитните среди и използуваните за целта катализа­тори и съоръжения могат да се намерят в многографичната ли­тература [43, 44].

Т а б л и ц а 3.3

СггОз МпО У208 тю2 А120 8 ЩО СаО

5.10~29 2.10—23 4 .1 9 -19 б.Ю“ 16

9.10 32 8.10- 26 2 .10~21 ЗЛО-18

1.10-3 34.10—271.10- 22 4.10 19

1.10-3 6 1.10 ~ 29 2.10- 24 9.10- 21

1.10- 45 8.10“ 374.10—302.10—26

9.10-618.10—41 6.10—33 1.10—26

1.10—63 8.10 44 5.10“ 36 6.10—31

11 Праховата металургия на машиностроенето 161

Т а б л и ц а З.Т

' Защитна атмосфера

Характеренсъстав Начин на получаване Изходни суровини

за 1 т 8 газРазход на енергия за

1 т 8 газ,kWh

Водород 100 % Н2 електролиза на вода

0,85 к§ дестилира­на вода

5

Водород 98 % Н3 останалото СО и Nä

разлагане на пропан или природен газ

0 ,2 кй пропан 2 к£ водна пара

1,3

Разложенамоняк

75 % Н2 25 о/о N3

разлагане на амоняк

0,38 к£ амоняк 0,59

Ердогаз 40 о/о Н2 20 % СО

1 % СН4 39 о/о N2

горене на при­роден газ при недостиг на въздух

0 ,2 т 3 природен газ 0,5 т 3 въздух

0 ,2

Екзогаз 8 % Н2 6 о/о СО 6 0/о COg

80 % N2

горене на при­роден газ при излишък на въздух

0 , 1 2 т 3 природен газ 0,84 т 3 въздух

"

Тук ще отбележим, че наред с получаването на защитните атмосфери съществен е и техният контрол. Той се състои най- вече в химичен анализ на различните компоненти и се извършва обикновено с т. нар. апарат на Орса, чието описание, принцип на действие и начин на работа могат да се намерят в почти всяко учебно пособие по аналитична химия (вж. например [45]). С този апарат могат да се определят с точност до 0,2 % следните газо­ве: С 02, 0 2, СО, Н2 и въглеводороди (СН4, С2Н6, С3Н8 и т. н.). Пълният анализ на една газова смес с този апарат обаче изисква доста време (30—60 min). Интерес представляват апаратите за определяне на примесите в защитните атмосфери (главно водните пари и кислорода). За примеси от водни пари се използува на­пример апарат, състоящ се от метална огледална повърхност, която може да се охлажда по някакъв начин и е поставена в стъклена тръба, през която минава изследваният газ. С апарата

162

Фиг. 3.22. Технологична схема на получаване на водород чрез електро­лиза на вода

Водна пара

Воднапара

ОтпадъчнаВода

ь ^ л ч у ' ^ - у л м л + со*сог +н2 о Конверсия на Си

ОтгаЗъчнаВода

фиг. 32.3. Технологична схема на получаване на водород от пропан

Резервоар за амоняк

Нагряване с бодна пара

Разла­гане с \ желязно . окисен катали затор

Електри­ческинагревател

, Газ за I— " пещите

Фиг. 3.24. Технологична схема на получаване на разложен амоняк

Въздух Газ

Смесителю глаба

Помпа

;

Горибна камера със или без катализатор

Пьрбичноохлаждане

Газ за пвщигп

Вторичноохлаждане[обез­водняване)

ЖКондензиранабода

Фиг. 3.25. Технологична схема на получаване на екзогаз

се определя температурата на оросяване на газа чрез определяне на онази температура на огледалната повърхност, при която тя помътнява от кондензиралата влага или лед. Като се знае тем­пературата на оросяване, с помощта на кривата на фиг. 3.21 мо­

же лесно да се изчисли про­центното съдържание на вод­ните пари в газовата смес. За качествено определяне на при­меси от кислород в газовите смеси може да се използува стъкленото апаратче, показано на фиг. 3.27. В долната му част, запълнена с вода, има бял фос­фор. При пропускането изслед­ваният газ изтласква водата в горната част на апаратчето и накрая газът встъпва в пряк кон­такт с белия фосфор. Ако га­зът съдържа над 0,01 % Р, се получава бяла мъгла поради об­разуването на Р20 Б [46]. Следо­вателно с това апаратче може да се олредели дали съдържа­нието на фосфор в газа е под

_ _ , или над 0,01 %. Освен това приФиг. 3.27. Апарат за качествено опре- гделяне на примеси от кислород в га- Достатъчно ОПИТ И наблюдател-

зови смеси: ност по количеството на мъг-1 - трипътен кран; 2 - фосфор лата може да се прецени дали

количеството на 0 2 е близо до0,01 % или е значително повече.

Накрая трябва да се отбележи, че защитните атмосфери съ­държат отровни (СО) и експлозивни (Н2, СО) компоненти. Пора­ди това при работа с тях трябва да се внимава и да се спазват ’строго изискванията на техниката на безШгагността [43]. Ще спо­менем само някои основни правила в това отношение:

1. Всички газопроводи трябва да бъдат херметични, за ла няма „изтичане“ на газа.

2. При пускане на нова пещ въздухът от нея трябва да бъде изместен от газа, преди температурата да се е повишила над 300°С- При спиране на дадена пещ газът се пропуска през нея, докато температурата спадне ..по.Л—З-ОО С ^Хко не се спази това условие, и в двата случая газът може да се смеси с въздуха и

Газ за

сзследбанС

168

да образува експлозивна смес, която експлодира над 300°С. Ако се налага газът да се спре при висока температура на пещта, преди това пещното пространство да бъде „продухано“ с инер­тен газ (азот). Главното условие, което трябва да се спазва, е да не се допусне непосредствено смегвяне ня гязя г въздуха-

г кри високи темпррятури. '3. При излизане от пещта газът трябва да се запалва. При това

отровните и взривоопасните компоненти на газа (СО, Н2) се оки­сляват до безопасни съединения (С02, водни пари). Освен това пламъкът на горещия газ образува своеобразна завеса, която пре- пятствува достъпа на въздух до вътрешните горещи зони на пещта.

3.4. Нови насоки в спичането на праховометалургичните изделия

Една основна проблема в областта на спичането, върху която се работи изключително много, е пълното познаване на теоретич­ните основи на този процес. Това има голямо практическо зна­чение за предсказване на оптималните условия на спичане. За съжаление спичането е процес, който все още не е напълно изу­чен и обяснен. Теорията на спичането се задоволява само с обяс' нение на наблюдаваните явления, но все още не е в състояние за даден конкретен случай да предскаже оптималните условия на спичане (температурен режим, газова атмосфера и др.). Ето защо тези условия са били определяни и продължават да се опреде­лят опитно.

Нова насока с голямо практическо значение са изследванията относно активирането на процеса на спичане. Целта на тези из­следва ш1я~е~ад-се”ускори масопренасянего чрез подходящо до­пълнително физично или химично въздействие и процесът на спичане да се интензифицира, т. е. необходимите фязико-механич- ни свойства на изделията да бъдат получени при по-ниска тем­пература или за по-кратко време. Броят на изследователските ра­боти в тази област, както и интересът към тях напоследък зна­чително нарастват.

Големите успехи по отношение на активирането на спичането са постигнати с помощта на хетерофазните (неразтварящи се в основния метал) прибавки. Например чистият волфрамов прах се спича при температура от порядъка на 27С0°С. Чрез добавяне на малки количества (под 1 % ) никел, паладий или някои други пре­

169

ходни метали от осма група към волфрамовия прах температур3' та на спичане се понижава на 1200—1300°С. Този опитен факт е проверен от редица изследователи [47—54]. А налоги чн о деист- вие тези прибавки оказват и при спичането на молибдена [50, о<з, 55, 56]. Съобщава се, че с помощта на прибавки може да се ин­тензифицира спичането и на други метални прахове [5 ]. Меха­низмът на действието на прибавките, т. е. начинът, по които те активират процеса, не е изяснен напълно и е предмет на много­бройни дискусии. Повечето изследователи са единодушни по от­ношение на факта, че активиращо действуват тези прибавки, които разтварят основния метал, а сами не се разтварят в него. Създават се условия за униполярна (еднопосочна) дифузия — ос­новният метал дифундира в прибавката, но тя не дифундира в него. Приема се, че прибавката образува тънък слой около по­върхността на металните частици, в който част от основния ме­тал се разтваря. Според едни автори [48] горният слой ускорява повърхностната дифузия на основния метал, което в крайна смет­ка води до ускоряване на спичането. Според други автори [51, 53] униполярната дифузия на основния метал води до увеличава­не на броя на дефектите в кристалната му структура, което бла- гоприятствува неговото спичане. Интерес представлява опитният факт, че действието на прибавката зависи не само от химическа­та й природа, но и от начина, по които е добавена към основ­ния метален прах. При волфрама например [54] най-ефективно действие на никеловата добавка се наблюдава, когато никелът е добавен към Ш03 като алкохолен разтвор на N1 (Ш 3)2. При след­ващата редукция на Ш0 3 до волфрам нитратът се разлага до N10, който пък се редуцира до никел. Вероятно при тези усло­вия се осигурява най-равномерно разпределение на прибавката и най-добър контакт между нея и волфрама.

Известни успехи при интензифициране на спичането са постиг­нати чрез увеличаване броя на дефектите в повърхностните слоеве на частиците на спичания метал чрез химично въздействие. Типичен пример е използуването на окси-редукционните процеси. При нагряване на спичаните изделия се създават условия, при които повърхността на частиците на пресования метален прах първоначално се окислява, а след това се редуцира. Пряснореду- цираните повърхностни слоеве имат неравновесна структура и повишена дифузионна активност*. Това може да се осъществи сравнително лесно чрез спичане например в атмосфера на влажен водород. Както бе отбелязано в 3.3, в редица случаи водородът действува окислително при ниски температури и редукционно —

170

при високи. За съжаление опитните данни от спичането във влажен водород не във всички случаи потвърждават активира­щото му влияние. Според някои автори [58, 59] влажният водо^ дород ускорява спичането на желязото, волфрама и молибдена. Според други автори [60, 61] ускоряване не се наблюдава. Веро­ятно причината за тези различия е трудността в контролирането на окси-редукционния процес. За да се ускори спичането, е необходимо окси-редукционният процес да завърши, преди да е започнало затварянето на откритите пори. В противен случай в порите ще останат не прясно редуцирани, а окислени слоеве, които впоследствие действуват забавящо на спичането.

Неравновесни повърхностни слоеве за активизиране на спича­нето могат да се създадат и чрез други химични реакции. Доба­вянето на НС1 към газовата среда (или на N ^ C l към насипания прах) създава възможност реакцията

да протече в началото отляво надясно, а след това — в обратна посока. Съобщава се, че този начин е твърде ефикасен при спи­чането на желязото [62]. Хлороводородът може да благоприят- ствува и спичането на прахове от висококолегирани стомани [63], чиито прахове са обикновено покрити със слой от трудноредуци- руеми окиси (например тези на хрома). Това се дължи най-вече на премахването на тези окисни слоеве благодарение на това, че реакцията

протича отляво надясно, а полученият метален хлорид е летлив и се отделя от повърхността на частиците в газовата атмосфера.

Проведени са опити [64, 65] за активиране на спичането чрез физическо въздействие (използуване на ултразвук, магнитно поле, циклично изменение на температурата на спичане, голяма скорост на достигане температурата на спичане). Получените резултати засега още не са насърчителни.

Накрая трябва да се отбележи, че като активирано спичане може да се разглежда и горещото пресоване (глава 3), което в същност представлява спичане чрез едновременно упражняване на всестранен натиск върху спичаното тяло.

Ме+2НС1 — МеС12+ Н 2 (3.17)

МеО+2НС1 — МеС12+ Н 20 (3.18)

171

ДОПЪЛНИТЕЛНИ ОПЕРАЦИИ И КОНТРОЛ НА ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИТЕ ИЗДЕЛИЯ

В праховометалургичната практика спичането е обикновено последната технологична операция. В някои случаи обаче се на­лага след спичането да се извършат допълнителни операции с пел ла се—подобрят свойствата- на изделията и да се увеличи точността на техните размери. Прилагат се предимно следните операции: пропиване, калиороване и химико-термичня обработка.

4.1. Пропиване

Пропиването представлява по същество запълване на откри­тите пори на частично спечено металокерамично г тч?ир кетал._Благодарение на това може да се получи плътно изделие при по-икономичен температурен режим (по-ниска температура, по-кратко време). Пропиването е особено подходящо за получа­ване на изделия от псевдосплави, чиито компоненти имат чувст­вителна разлика в температурите на топене и сзгчз съизмерими

'количества (например псевдосплав със състав: 70% )Д/, 30% Сц}.Основните изисквания, за да се осъществи-успёшно пропива­

не, са три:1. Двата метала (пропиващият и проливаният) трябва да имат

голяма разлика в температурите на топене. Това е понятно, тъй ’Като проливаното поресто тяло трябва да бъде достатъчно здра­во при температурата, при която пропиващият метал е течен.

2. Двата метала не .трябва да взаимодействуват помежду си или поне да взаимодеиствуват ограничено (да нямат пълна взаим­на разтворимост ~и да не образуват интерметални съёдиненияХ

“ тъй като- таковгГ взаимодействие е съпроводено с обемни измене­ния, които могат да нарушат нормалния ход на пропиването по­ради изменение на формата на проливаното поресто тяло, разду­ване и напукване. От друга страна, при взаимодействието могйт ■да се образуват“ по-труднотопими продукти (например интерме- тални съединения), Тошо при температурата на пропиване да са

"твърди. I о г а в а те „задръстват“ отворите на порите и прекъсват -ЯТТсГъпа на течна фаза до тях още в началото на пропиването.

На въпроса кои двойки метали отговарят на това условие, може да се отговори чрез диаграмите на състоянието за всеки

ГЛАВА 4

172

конкретен случай [1, 2]. На фиг. 4.1 са дадени примерни диагра­ми на състоянието на подходящи и неподходящи случаи за про­пиване. ^

3. Течният пропиващ метал трябва да умокря добре метала на твърдото поресто тяло (т. нар. метален скелет). Това в същ-

Подходяща ПсдХ:.

Пълна неразтборимост Ограничена разтворимост Неподходяща Неподходяща

Пьлна разтдоримост С образубанз на бисоко- топимо соединенна

Фиг. 4.1. Диаграми на състоянието на подходящи и неподходящи двойки метали за пропивнае

ност определя способността на течния метал ла проник-ия гяуг». произволно в порите на скелета. На фиг. 4.2 е показана добре

' умокряща и лошо умокряща течност. Умокрящата способност се дефинира с т. нар. ъгъл на умокряне Колкото 0 е по-малък, толкова умокрянето' е по-добро. От своя стр!на Н зависи от1гавърхностното напрежение на трите гранични повърхности: твър­до тяло — газ (отв г), твърдо тяло — течност (атвт) и течност — газ (<зТГ). Термодинамиката дава следния израз за връзката между тези величини:

с о 5 е = твг твт (4.1)а тг

Следователно умокрянето зависи от природата на твърдия и на течния метал, както и от природата на газовата атмосфера пкплп тях.

173

Умокрянето от своя страна определя поведението на течния метал в капилярни отвори (каквито в същност представляват порите). Умокрящите течности (cos0>O или 0 = 0—90°) самопро- изволно проникват в капилярите (фиг. 4.3 а), докато неумокрящите (cos 0<О или 0 = 90—180°) се стремят да излязат от тях (фиг. 4.3 б).

Т 7 / / / Т у т т / / / ; / / , Ы г

6Фиг. 4.2. Добре умокряща (а) и лошо умок-

ряща (б ) течност

а)

Фиг. 4.3. Поведение на добре умокряща (а) и лошо умокряща (б) течност в капилярни отвори

Следователно порестите тела могат да се пропият само от умокрящи течни метали. Немокрещите течни метали не могат да се пропият, дои и да навлязатн о някакъв начин и пиците, те из- лйМт на повърхността на твърдото тяло във вид на капки.

-На горните Три услойия отговарят малък брой двойки метали. Такива са: Ш — Си, Ш — Ag, Мо — Си, Мо — Йе — Си, Ре — месинг.

Необходимо е да се отбележи, че третото условие е термо­динамична предпоставка на пропиването. Що се отнася до ско­ростта на пропиването, тя се дава с израза

к = Ах1К (4.2)Този израз показва, че зависимостта между дебелината на пролива­ния слой (А) и времето (г) има параболичен вид, какъвто вид имат и кинетичните криви плътност — време при спичането (вж.

фиг. 3.2 и 3.3). Константата А [3, 4] е равна на ~Следователно пропиването е толкова по-бързо, колкото по-големи

атг . COS0 . Г

174

са отг, соев и г (ефективният радиус на порите) и по-малък е вискозитетът (у|) на течния метал. Общо взето обаче, пропиване* то е бърз процес (от няколко секунди до десетина минути). То­ва в същност е основното предимство на пропиването пред про­дължителния процес на спичане.

Фиг. 4.4. Пропиване с помощта на междинна пореста пластинка:1 — проливано тяло; 2 — междинна пластинка; 3 — пропиващ мегал

Практически пропиването се извършва сравнително лесно. Порестите тела се нареждат в ладии и върху тях се поставят парчета от пропиващия метал във вид на стружки, плочки или пресовани пластинки от метален прах. Техният обем трябва да бъде равен на обема на откритите пори в проливаното тяло. По­някога пропиващият метал се поставя под порестите тела. В слу­чая това няма значение за пропиването, тъй като гравитацион­ните сили са пренебрежимо малки в сравнение с капилярните. Когато е нежелателно върху повърхността на порестото тяло да остане излишък от непропит метал, се използува междинна по­реста пластинка. Тя контактува само в няколко точки с порестото

jhmo, а върху нея се поставя пропиващият метал £фиг. 4.4), кой­то, след като се стопи, може да мике през нея и да слезе до порестото тяло. Слел пропиването порестата пластинка се маха.

Подредените по един от трите начина порести тела се пре­карват през пещ със защитна атмосфера за 20—30 min. Това време е необходимо не толкова за самото пропиване, колкото за доброто нагряване на порестите тела и на пропиващия метал. Температурата на пропиването на W — Си и М о— Си е 1150° С, на W — Ag и Мо — A g— 1050— 1100°С, на Fe — Си — 1100 — 1120°С, а на желязо—месинг — 950—1000°С.

Понякога се прилага и друг вариант напропиЕане— потопявя- не на порестите тела в течен метал. Обикновено течният метал се намира в тиглова пещ със защитна атмосфера (фиг. 4.5). От­горе се спускат детайлите, поставени в кошница от подходящ материал. След като порестите тела се нагреят в защитната атмо-

175

сфера» те се потопяват в течния метал, а след това се изваждат .навънГТози метод е бърз и удобен. При него отпада необходи­мостта от нарязване и дозиране на метала за пропиване^_Недо- статък на метода е, че понякога върху повърхността на проли­

ваните тела остават капки , от пропиващия метал, който| впоследствие се отстранява| трудно. Освен това цялостно-

то потопяване на порестите тела в течния метал затруд­нява отделянето на газовете от порите и проникването на течния метал в тях.

Най-големи трудности при пропиването създава налич­ността на окислени повърх­ностни слоеве в порестото тяло. Тези окисни слоеве не се умокрят от течния метал и пропиването е лошо или изобщо не се осъществява. За да се избегне това, е не­обходимо използуваната за­щитна атмосфера да е в съ­стояние да редуцира тези окисни слоеве, а порестите тела да се държат достатъч- но дълго време в тази атмо­сфера преди самото пропи­ване, за да може да се из­върши редукционният про­цес. За да се подобри умок- рянетб- при неокислени жГ вър х н ости, сё използуват следните начини. Малка част от пропиващия метал се до- бавявъв вид~ на прах 'Към -нропиваното поресто тяло отце при самото му приготвяне, т. е. прах~~на по-трудното- прах от пропиващия метал, порестост. В други случаи

Фиг. 4.5, Пропиване чрез потопяване на порести тела в течен метал:

1 — пещ; 2 — керамична тръба; 3 — тигел с те­чен метал; 4 — проливано тяло

пимия пропиван метал се смесва с пресова се и се спича до желаната

176

към пропивания метал се добавя трети метал, който добре го умокря, а от своя страна добре се умокря от пропиващия метал.

Общо взето, пропиването е бърз и удобен метод за получа­ване на изделия с голяма плътност. Недостатък е неговото .огра­ничено приложение: Малко са двойките метали и сплави, които удовлетворяват изискванията за успешно пропиване. Освен това съдържанието на пропиващия метал в готовите изделия е огра­ничено (от 10 докъм 50 об. %).

1 - 64.2. Калиброване

Операцията калиброване се използува широко в праховата металургия за получаване на изделия (главно азтифрикционни втулки) с размери 3—4 клас на точност и повърхност 7—8 клас на грапавост. Калиброването се състои в допълнително пресова­не на спечените изделия в специални калибровъчни пресформи или в прекарването им през пресформите в зависимост от това, кои размери и повърхности трябва да получат необходимата точност и грапавост. Съществуват следните основни принципни схеми на калиброване:

а) по външна повърхност;б) по вътрешна повърхност;в) по външна и вътрешна повърхност;г) по височина;д) по височина, външна и вътрешна повърхност.В резултат на тази обработка се постига не само необходи­

мата точност на размерите, но се подобряват и качеството на повърхността, и носещата способност на лагерните втулки. За целта върху калиброваната повърхност на антифрикционните из­делия е необходимо да се оставят определено количество откри­ти пори. На вътрешната повърхност е желателно да се получава дълбочина на деформирания слой, съизмерима с големината на износване, и в съответствие с условията на триене — с една или друга степен на уплътнение и наклеп. Поради това при проекти­рането на калибровъчните пресформи много важно условие е да се подберат правилно допускът за калиброване и ъгълът на ко­нуса на входната част на калиброващия инструмент.

Допускът или големината на остатъчната деформация при калиброването на металокерамичните изделия е разликата в раз­мерите на детайла преди и след калиброването. Остатъчната де­формация се състои от собствената пластична деформация на

12 Праховата металургия в машиностроенето 177

ма териали неговото уплътнение за сметка на намаление на по- рестостта. "

Оптималната големина на ъгъла на наклона на входната част на матрицата и поансона трябва да бъде 1,5—2° [5].

При калиброване с допуск 0,1 mm износоустойчивостта почти никак не се увеличава, докато при калиброване с допуск 0,3 mm износоустойчивостта на лагерните втулки се увеличава 2,5 пъти[6]. Съвместното калиброване на външната и вътрешната повърх­ност осигурява по-доброто им качество в сравнение с калибро- ването поотделно.

Чрез калиброването се постига голяма точност на размерите на детайлите и гладкост на повърхността. Освен това се подоб­ряват физико-механичните свойства на изделията вследствие на това, че се заякчава повърхностният слой. Калиброването се ха­рактеризира с ниска стойност, простота на изпълнение, висока производителност и леко се поддава на автоматизиране.

При автоматичното калиброване изделието се изтласква от пресформата надолу или нагоре, като изборът на едната или другата схема зависи от стойността на налягането и допуска за .калиброване.

На фиг. 4.6 е показана схема на операциите на калиброване на лагерни втулки на автоматична преса с изтласкване надолу[7]. Специално захващащо устройство поставя втулката Е над отвора на калибровъчната матрица А (положение I). След това централният калибър D, диаметърът на долния край С на който е с около 0,1 mm по-малък от горния, влиза в кухината на ла­гера (положение II) и горният поансон В натиска втулката в ма­трицата А (положение III). След като втулката се вкара в матри­цата, централният калибър продължава движението си надолу и неговата най-дебела (калиброваща) част минава през втулката (положение IV). Така се осъществява калиброване по вътрешен и външен диаметър. За да се осигури калиброването по височи­на, долният и горният поансон С и D продължават движението си един срещу друг до определена граница (положение V). След това долният поансон се отвежда надолу, а централният калибър — нагоре (положение VI) и горният поансон В изтласква втулката от матрицата надолу (положение VII), след което започва нов цикъл.

В Белоруския политехнически институт [8] е разработена кон­струкция на пресформа, в която калиброването по външна и вътрешна повърхност се извършва едновременно (фиг. 4.7). Това е възможно в резултат на използуването на самонагласяващ се

178

Ггйт

Ч:сг1~р_

%

-8

-Б

-£

-Л•С

Фиг. 4.6. Схема ка операциите при калиброване на металокерамични лагерни втулки

Фиг. 4.7. Схема на едновременно калиброване по външна и вътрешна повърхност

179

(плаващ) поансон 3, който се задържа в матрицата от калибро­вания детайл 8 и опорната плочка 5. Детайлът се прекарва през калибровъчния отвор от поансона / с помощта на следващия детайл 7, подлежащ на калиброване. При преместване на плочата 5 калиброварото изделие 8 пада върху подставката 6, а при връщане на плочата 6 в старото си положение детайлът се из­бутва навън от пресформата. За да се облекчи преместването на плочата 5, която се притиска от поансона 3 към подстав­ката 6, матрицата 4 заедно с поансона се вдига на височина 1—2 т т . Това се осъществява с помощта на каучуков аморти­затор, след като се снеме налягането върху горния поансон.

Големината на силите, които се прилагат при калибро- ването, обикновено не превишава 10—25% от силите на пре­соване на съответното изделие. В серийното производство за целта се използуват специализирани преси автомати с каруселно подаване на детайлите. В останалите случаи се използуват обик­новени хидравлични и механични преси. ^

4.3. Термична и химико-термична обработка

За регулиране и подобряване на качествата на редица мета- локерамични изделия и за тяхната защита от корозия съществе­но значение имат използуването на методите на термичната и ^имико-термичната обработка, нанасянето на защитни покрития и др.

4.3.1. Подобряване на физико-механичните свойства

Основните видове термична и химико-термична обработка, които се използуват за подобряване на свойствата на металоке- рамичните изделия, са отгряване, закаляване, дисперсионно втвър­дяване, хомогенизиране, цементация, нитриране, цианиране, сул- фидиране и др. Термичната обработка на металокерамичните изде­лия има редица характерни особености [9—13]. Наличността на пори в металокерамичните материали ги прави чувствителни към окисление при нагряване и към корозия при попадане на течност в порите гри закаляване. Затова нагряването на изделия­та за закаляване и транспортирането им от камерата за нагрява­не до закаляващата течност трябва да се извършва в защитна атмосфера. Такива предпазни мерки не са задължителни за изде­лия с ниска порестост (4—6%) и за изделия от алуминиеви спла­

180

ви с по-висока порестост, тъй като последните още при стайна температура се покриват с устойчив окисен слой, който не пре­търпява съществени изменения в условията на нагряване за зака­ляване във въздушна среда. Като охлаждащи течности е необхо­димо да се избират течности, които не създават опасност по отношение на корозионната устойчивост при съхраняването на изделията след закаляване. Съществуващите пори, които играят ролята на концентратори на напреженията, благоприятствуват появяването на пукнатини.

Железните прахове, получени чрез електролиза или редукция, имат понижено съдържание на манган или силиций, вследствие на което тяхната критична скорост на охлаждане при закаляване се увеличава. Освен това порестите изделия имат понижена топ­лопроводност, поради което изделията от железен прах при съ­държание на въглерод под 0,1% и с диаметър на сечението над 12 т т практически не могат да се закаляват. Дори при по-висо­ко съдържание на въглерод в тях е трудно да се получи мар- тензитна структура, без да се вземат специални мерки за интен­зивно охлаждане.

Отгряването се използува като междинна операция при произ­водството на тел и листов прокат от труднотопими метали. Без тази операция е невъзможно тяхното по-нататъшно изтегляне или валцоване. При изработване на плътни изделия от прахове на желязо, мед и други метали по методите на неколкократното пресоване или валцоване също е необходимо да се прави меж­динно отгряване. В резултат на отгряването значително се пони­жават якостните характеристики и неколкократно се увеличава пластичността на материала, което облекчава по-нататъшната де­формация на студено. Аналогична по характер на изпълнението е и операцията хомогенизиране, с която се цели да се изравни химичният състав. Прилагането на тази операция е особено це­лесъобразно, когато металокерамичните изделия се произвеж­дат чрез горещо пресоване, при което кратковременните задър­жания често са пречка за получаването на еднородна структура и свойства на материала, а това се постига допълнително в процеса на хомогенизацията. Така например в резултат на хо­могенизиращото отгряване на металокерамична сплав на основа­та на никелов алуминид рязко се подобрява устойчивостта му срещу окисление при повишени температури [11].

Якостните характеристики могат да се повишат значително, ако термичната обработка се приложи върху металокерамични сплави, поддаващи се на дисперсионно втвърдяване. Такива са

181

сплавите на основата на алуминий, мед, мед-желязо и др. Мета- локерамичната сплав със състав (в %) А1 —92,5, Си —4; Ni —2; Mg —1,5, и порестост 7,5 % след закаляване във вода от темпе­ратура 510°С и дисперсионно втърдяване в продължение на 2 часа при 120°С повишава твърдостта си по Бринел от 900 до 1470 MN/ma [9].

Голямо количество сплави, способни да се уякчават в резултат на дисперсионно втвърдяване, могат да бъдат създадени на ос­новата на медта. Към тях се отнасят сплавите Си—Ве, Си—Сг— Ве, Си—Fe, Си —Ni—Ве и др. Изменението на свойствата на една подобна сплав (Сг—3% , Р—0,1%, TiH—0,5%, Cu — останалото) се характеризира със следните данни: образци, пресовани при налягане 470 MN/m2 (4,7 Mg/cm2), спечени при температура 975°С, допресовани при налягане 620 MN/m2 (6,2 Mg/cm2), закалени във вода при температура 975°С и отгрявани в продължение на 16 часа при 450°С, са показали след допресоване твърдост по Бри­нел 730 MN/m2, след закаляване — 430 MN/m2 и след отгряване — 1070 MN/m2 [14]. ,

Термичната обработка на желязо-медни сплави която води до значително подобряване на физико-механичните свойства, се със­тои в закаляване на изделията от температура 1000°С във вода и отпускане при температура 450°С в продължение на 4 часа [15].

На термична обработка успешно се подлагат желязо-въглерод­ните металокерамични сплави, което има голямо значение при изработване на конструктивни детайли от железен прах с добав­ки на графит за навъглеродяване. Свойствата на спечените сто­мани се изменят в много широки граници в зависимост от режи­ма на термичната обработка. Тъй като навъглеродяването на же- лязната основа чрез въвеждане на графит в шихтата често дава нестабилни резултати поради неравномерното изгаряне на графи­та, в редица случаи изделията от железен прах се подлагат на навъглеродяване по методите на химико-термичната обработка — нагряване в контейнер с карборизатор или в газова навъглеродя- ваща атмосфера. При обработка на порести изделия процесът на насищане с въглерод протича значително по-бързо и по-целия обем на изделието вследствие на проникването на' газовете във вътрешността на порестото тяло. По литературни данни [16] при използуване на твърди карборизатори дебелината на цементира- щия слой след нагряване при температура 900°С в продължение на 1 час достига 0,20—0,23 mm.

В Московския завод за прахова металургия (МЗПМ) е внедре­на технология за газово навъглеродяване на металокерамични де-

182

тайли чрез използуване на смес от въглеводороден и ендотерми- чен газ [17]. Температурата на цементация е 930—950°С; времето' на насищане с въглерод зависи от порестостта. При порестост 10% равномерна структура на пластинчат перлит се получава след 150 min, а при порестост 15% —след 100 min. Твърдостта на закаления цементиран слой зависи от химичния състав и плът­ността на материала, като обикновено е 40—50 RC.

За повишаване на износоустойчивостта на някои желязо-гра- фитни металокерамични изделия (рингове в текстилните машини)- се прилага нитроцементация. За целта към газовата атмосфера се добавят 5— 10% амоняк и процесът се води при температура' 850—870°С.

При азогиране на металокерамични изделия в атмосфера на дисоцииран амоняк при температура 600°С тяхната износоустой­чивост при съдържание на азот до 1% се увеличава 30 пъти [17]-

Напоследък голямо разпространение получи сулфидирането на металокерамичните изделия, в резултат на което се намалява кое­фициентът на триене и се увеличава износоустойчивостта на трие­щите се повърхнини. Положителният ефект от сулфидирането се обяснява с това, че върху повърхността на изделията се об­разува слой от сулфиди, които имат отлични антифрикционни и противозадиращи свойства. Сулфидирането обикновено се из­вършва по два начина — чрез пропиване на спечените изде­лия с течна сяра и чрез добавяне на сяра или сулфиди в изходната шихта. Технологията на сулфидиране с течна сяра, която се използува в МЗПМ, е описана в литературата [17]. Пропиването се извършва в специална двукамерна инсталация. В първата камера изделията предварително се нагряЕат до 100— 120°С, тъй като при поставянето на студени детайли в разто­пената сяра тя замръзва. Нагретите детайли се преместват във втората камера с разтопена сяра при температура 120—130°С, при която сярата има максимална течливост. Превишаването на тази температура може да доведе до запалване на сярата. Про­пиването продължава 10—15 min, след което изделията се очист-. ват от излишната сяра и постъпват в пещ за отгряване. При ка­чествено пропиване дебелината на сулфидния слой не превишава0,05—0,07 mm. „

Ефектът от сулфидирането може да се постигне чрез въвеж­дане на сяра в шихтата в количество до 0,8 % от масата на ших- тата. По някои данни [18] чрез вкарване на определени сулфиди в желязо-графитовите изделия едновременно се постига легиране и сулфидиране, което значително подобрява механичните свойства, износоустойчивостта и обработваемостта на материалите.

183

4.3.2. Защита от корозия 4

Наличността на пори в спечените металокерамични изделия е причина за големи трудности при разработване на методите за защитата им от корозия.

В случаите, когато остатъчната престост в изделията не е го­ляма, почти всички методи за защита на повърхността, използу­вани за обикновените безпорести метали, които се основават на електрохимично нанасяне на защитни покрития, са приложими и за металокерамичните изделия (хромиране, никелиране, кадмиране). Когато порестостта е голяма, електролитът, който прониква в по­рите, може да предизвика по-нататъшна вътрешна корозия на из­делието.

Другите методи на защита (химико-термичната обработка, ок­сидирането, нанасянето на, покрития от газова фаза) са лишени от тези недостатъци, обаче изискват по-сложни съоръжения. За­това методът за защита на повърхността на изделията се избира в зависимост от характера на самите изделия и от конкретните условия на тяхната работа.

Максималната приемлива порестост на изделията, при която може да се прилага електроплакиране, е 10—15%. При по-висо­ка порестост отлаганият върху повърхността слой не е плътен. Преди да се нанесе покритието, е необходимо повърхностните пори да се затворят предварително чрез полиране, леко изковаване, повторно пресоване и др. В литературата [19] се препоръчва за предпазване от корозия изделията да се пропиват предварително със смоли, след което да се нанасят защитните покрития от никел, цинк, кадмий, бронз и др. Перспективен метод, при който не се допуска да попадне електролит в порите при галваничното отла­гане, е предварителното пропиване на порестите изделия със си- лициевоорганични полимери (силикони). Те образуват на повърх­ността на порите водоотблъскващ слой, който не пречи на отла­гането на металния слой при електролиза [9]. По тази технология е възможно да се получават защитни слоеве от никел и кобалт с дебелина 0,25 шгп върху детайли с 25% порестост.

В ИПМ на УССР е разработена следната технологична схема на никелиране на металокерамични изделия [20]:

1. Подготовка на повърхносттаа) обезмасляване в бензин;б) сушене и нагряване на детайлите;в) пропиване с 10%-ен разтвор на силициевоорганична течност

(ГКЖ-94);

184

г) полимеризация при 120— 140°С в продължение на един час;д) песъкоструйна обработка за активиране на повърхностния

слой.2. Никелиранеа) първи етап — в разтвор, съдържащ 3 kg/m3 никелов сулфат,

2 kg/m3 натриев хипофосфат, 2 kg/m3 натриев ацетат, 1,5 kg/m3 натриев цитрат, 2 kg/m3 гликокол; pH е 5—5,2, температурата на процеса — 90—95°С, продължителността — lh;

б) втори етап — в нов разтвор със същия състав без междин­но промиване.

3. Обработка след никелиранетоа) промиване;б) сушене при 100—120°С;в) термообработка при 360—400°С в продължение на 2 h;г) пропиване с 10%-ен разтвор на ГКЖ-94;д) полимеризация при 140— 160°С.Дебелината на получавания никелов слой е 25—30 цт.Оксидирането. е един от прогресивните методи за защита на

спечените изделия от корозия. Изделията се нагряват в неутрал­на среда до температура 485—540°С, след което се обработват с прегрята пара в продължение на 80 min. След охлаждане те се пропиват с масло. При тази обработка на повърхността на изде­лията се образува слой от железни окиси, устойчив на корозия. Оксидиране може да се извърши и чрез потапяне на нагрети на въздух до 450°С детайли в смес от масло и вода в съотношение 1:1. Освен устойчивостта срещу корозия оксидирането подобрява и антифрикционните, и якостните свойства на изделията.

Интерес представлява нанасянето на защитни покрития чрез пининговане. Това е нов метод за покриване на повърхността на метални изделия с пластични метали (цинк, бронз, месинг, калай). Процесът се извършва във въртящ се барабан, в който се поста­вят изделията, подлежащи на покриване, прах от покриващия ме­тал и ударни тела — стоманен обгар, сачми, стъклени топчета и др. Шихтата се залива с вода, към която са добавени химически реагенти, способствуващи за покриване на детайлите с метала на праха. При продължително въртене повърхността на детайлите се покрива с метален защитен слой с дебелина 3—5 ц.пп. По ли­тературни данни [21] изпитванията на железни детайли, покрити с цинк по този метод, в условията на морска среда в продълже­ние на 8—12 дни са показали по-добра устойчивост, отколкото железни детайли, покрити с кадмий и цинк чрез електролитно отлагане.

185

Сигурна защита на железни изделия от корозия дава хроми- рането и хромоалитирането. Особено ефективно е използуването- на този начин на защита при изработване на порести металокера- мични филтри.

Федорченко и Филатова [22] са изучили процеса на химико- термичното насищане с хром, алуминий, титан на порести полу­

фабрикати чрез дифузионно наси­щане от твърда фаза, която се със­тояла от 47,5% двуалуминиев три­окис, 47,5 % прахове, съдържащи ле- гиращи елементи (хром, титан, алу­миний във вид на чисти елементи или феросплави), и 5 % амониев хло­рид, изсушен при температура 80— 100°С. Процесът се провеждал в кон­тейнер с водородна атмосфера при температура 1000°С в продължение на 4 часа. Получените резултати по­казали, че хромирането достига зна­чителна дълбочина — на разстояние 10 тш от повърхността съдържание­то на хром било 10,8 %.

Горчакова и Сарвина [23] са изу­чили процеса на хромиране на поре­

сти полуфабрикати с използуване на комбиниран метод — за­сипване с твърда смес, съдържаща 70% прах от ферохром и 30% прах от двуалуминиев триокис с едновременно пропускане на хлороводород през контейнера.

На фиг. 4.8 е показано влиянието на плътността на брикетите от железен прах върху дълбочината на хромирания слой. Ско­ростта на процеса е десетки пъти по-голяма от тази при безпо- рести метали.

Чрез хромиране на порестите металокерамични изделия се увеличава не само тяхната корозионна устойчивост, но и същест­вено се подобряват механичните им свойства. По данни на Гор­чакова и Сарвина [23] в резултат на хромирането якостта на из­делията се увеличава 2,5 пъти.

Корозионната устойчивост на хромираните порести изделия е 8—10 пъти по-голяма от корозионната устойчивост на нехроми- раните изделия.

Относителна 8,тт плътност

0.640.670,73 0,7в 0,82ОМ

' 100 200 300 400 500 600 налягане на пресоВане,

ММ/тг

Фиг. 4.8. Зависимост на дебели­ната на хромирания слой от плът­ността на брикетите (налягането на пресоване); температура на процеса 1150°С, време — 1 час:1 — обща дебелина; 2 — дебелина на

неразядения слой

186

4.4. Контрол

Добре организираният и сигурен контрол на продукцията е от особено значение в праховометалургичното производство, където количеството на изделията е десетки милиона броя.

Контролът в предприятията по прахова металургия обикновено включва следните основни етапи:

1. Контрол на изходните материали.2. Контрол на операцията смесване.3. Контрол на операцията пресоване.4. Контрол на операцията спичане.5. Контрол на годната продукция.При проверката на изходните материали трябва да се обръща

внимааие главно върху качеството на използуваните метални пра­хове, особено на тези, които дават основната част на продукция­та. Те трябва да бъдат от една, най-много от две марки по хи­мически състав и задължително от една и съща марка по насип- на маса. Само при тези условия могат да се гарантират стабил­ност на технологията и свойствата на произвежданите изделия.

В СССР [17] за производство на конструктивни металокера- мични изделия на желязна основа се използуват по химически състав главно две марки ПЖ-1 и ПЖ-2 и по насипна маса марка М2 (2200—2500 kg/m3)—ГОСТ 9849—61. Използуването на прах с по-малка насипна маса (марка М1) води до увеличаване на размерите на пресовия инструмент по височина; при насипна маса на праха 2200—3000 kg/m3 (марка МЗ) коефициентът на уплътнение е нисък (получава се слаб брикет).

Задължителна е проверката на съдържанието на кислород в праха. Ако железният прах съдържа над 0,5 % кислород, той се подлага на редукционно отгряване. Тази операция се извършва и при повишена микротвърдост на праха.

Качеството на смесването се определя по равномерността на разпределението на компонентите на шихтата. При желязо-гра- фитните изделия качеството на смесване се проверява по отно­шение на въглерода, тъй като неговата плътност е значително по-малка от плътността на желязото; освен това микроструктура- та на изделията зависи от равномерността на разпределение на въглерода. При проверката е необходимо да се има пред вид, че поради добавянето на цинков стеарат в шихтата общото съдър­жание на въглерод в нея се увеличава. Например, ако в шихтата се добавят 1,2 % С във вид на графит и 1 % цинков стеарат, СуМарното съдържание на въглерод в шихтата е 1,8%. Смесва­

187

нето се счита за удовлетворително при отклонение от номинална та стойност не повече от 0,10% (т. е. в границите 1,7— 1,9%)’ В противен случай шихтата се подлага на повторно смесзане.

След като се получат резултатите от химическия анализ, от­делните партиди шихта получават номер и маршрутна карта за следващите технологични операции.

Контролът при пресоването се извършва визуално или с по­мощта на специални приспособления, при което количеството на детайлите, подлежащи на проверка от всяка партида, и измерва­телният инструмент се описват в технологичната карта на изде­лието.

Бракуваната продукция след съответна забележка в маршрут- ната карта се връща в шихтовото отделение за смилане.

Пресованите брикети се пазят върху специални стелажи в су­хи помещения, тъй като бързо се окисляват.

При спичането на металокерамичните детайли е необходимо да се контролират много точно температурата на пещта, съста­вът на защитната атмосфера и времето на спичане.

След спичането проверката на готовите металокерамични из­делия се извършва съгласно техническите условия, разработени за даден вид изделия. В най-често срещаните случаи тя обхваща три основни параметъра: твърдост, порестост и микроструктура. При до­пълнителни изисквания към изделието се контролират и други параметри.

Например по техническите условия ТУ 917—63, разработени от МЗПМ, изискванията към желязо-графитните и желязо-мед- графитните изделия са следните: порестост 17—25% , твърдост по Бринел 500—700 М1М/т2 (50—70 kg/mm2) и 700—1200 М Й/т2 (70—120 1 ^ /т т 2); микроструктура — перлит със съдържание на ферит до 30% , като структурно свободният цементит не трябва да превишава 2—3% в полето на шлифа [17].

Количеството на детайлите, които се дават за проверка, се определя в зависимост от технологията и се записва в техноло­гичната карта. Препоръчва се контролът да се извършва във вся­ка смяна (средно по 4—5 детайла от всяка пещ). Ако има откло­нение от техническите условия, се прави повторен контрол на двойно количество изделия.

След като се получат резултатите от анализа, изделията по­стъпват или за следваща технологична операция (калиброване, пропиване, отгряване и т. н.), или за контрол на готовата продукция.

Службата за контрол на готовата продукция проверява съот­ветствието на резултатите от анализите, записани в технологична-

188

та карта, с изискванията на съответните технически условия и проверява съответствието на геометричните размери на изделието с изискванията по конструктивната документация.

Размерите на детайлите се контролират със съответни калибри или измервателни уреди (шублери, микрометри), при което в тех­нологичната карта е необходимо да бъде нанесено кои именно размери върху какво количество детайли и с какви уреди е не­обходимо да се контролират. Цялостен контрол на- продукцията се допуска като изключение при недостатъчно сигурна технология.

Тъй като въпросите на технологията и автоматизацията на контрола в праховометалургичното производство все още не са решени задоволително, необходимо е контролният персонал да бъде сравнително по-голям — не по-малко от 3—5 % от основния производствен персонал.

189

ВТОРА ЧАСТ

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИТЕ МАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ В МАШИНОСТРОЕНЕТО

Технико-икономическите предимства на праховометалургичната технология, голямото разнообразие и често пъти уникалност на свойствата на металокерамичните изделия обуславят широкото им внедряване във всички отрасли на машиностроенето. Данните за световното развитие на производството на праховометалургични изделия показват, че тяхната консумация в технически развитите страни се повишава средно с 20% на година. Техническият про­грес в областта на машиностроенето у нас е немислим без бър­зото и повсеместно внедряване на металокерамичните материали и изделия.

Под плътни праховометалургични материали се разбират ма териали и изделия с минимална порестост. п р и г о т в е ни пт праго­ве на желязо, м е л, никрл. бронз, мргинг. въглеродна и легиоана стомана и други метали. Те се използуват главно за конструкцион-^

ТПГ детайли в машиностроенето. Изработването на тези изделия по праховометалургичен път дава възможност рязко да се нама­ли разходът на метал^да се опрости технолпгиятя; па г рЬ ш м я т пр©изводствените~шюш,и, в много случаи да се заменят дефицит­ните цв<л 1Ш~метали ~с железен прах, получен от отпадъци.-

Плътните материали и изделия, получени по методите за пра­ховата металургия, притежават почти същите механични свойства, които и летите изделия, въпреки че вследствие на порестостта в

ГЛАВА 5

ПЛЪТНИ ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИ МАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ

190

някои случаи тяхната твърдост, якост и жилавост са понижени. "Чрез прилагане на усъвършенствувани методи на пресоване и -спичане, а също и на нови начини на пропиване получените пра- ^овометалургични материали и изделия придобиват механични ка­чества, по-които не отстъпват на летите, а и в някои случаи дори ги и превъзхождат.

^ на желязна основа

Металокерамичните конструкционни материали и изделия се -получават както от чист железен поах. така и на основата на сплави на желязото с въглерода, легирани с мелт. никел,, хром,

манган и други елементи. Понастоящем номенклатурата на раз­личните видове конструкционни детайли, получавани по методите на праховата металургия, съдържа няколкостотин наименования.

На фиг 5.1 са показани различни видове конструкционни ме- талокерамични изделия на желязна основа. Те работят в най-раз­лични условия, при различни видове и степени на натоварване. По

5.1. Материали и изделия

Фиг. 5.1. Конструкционни металокерамични изделия

191

степента на натоварване детайлите се разделят на следните че­тири типа/ ненатоваретЦслаба^натоварениГ^грепнп натоварени и

Л сийно натоварени. В зависимост от работното натоварване върху детайла се подбират материалът и технологията на получаването му. Разработени са технологични процеси на получаването на ме- талокерамични материали на желязна основа, притежаващи якост на опъ„н до 1000 MN/m2 (100 kg/mm2).

J Ненатоварените и^слабо натоварените конструкционни детайли се получават от железен прах, желязо-графит и чугун чрез едно­кратно пресованЬ и спичане, а тяхната порестост се избира в за­висимост ит гилемината на натоварването. Същите материали мо­гат да бъдат използувани и за изработване н^средно натоварени детайли, като в този случай се използува двукратно пресоване- и спичане. Порестостта на получаваните детайли не трябва да над­вишава 7—10%.

Свойствата на материала, получен от чист железен прах, в за­висимост от плътността и технологията на получаване са посоче­ни в табл. 5.1. '

Т а б л и ц а 5.1Свойства на материал от ж елезен прах в зависимост от плътността и технологията на получаване

Марка на мате­

риала

Пресоване и спичане при 11504:

Пресоване и спичане при 1150°С, второ пресоване

Двукратно пресоване и спичане

"В,MN/m2 а.%

твър­достНВ,

MN/m8ав,

MN/m* е,%твър­достНВ,

MN/ms''в,

MN/ms <?-%твър­достНВ,

MN/m2

Ж-5,5 90 6—7 270Ж-6,3 140 8—10 380Ж-6,8 170 10—12 460 230 1 -2 620 210 12—15 500Ж-7,0 190 11—13 500 270 1 -2 730 230 13—15 580Ж-7,3 — — — 320 1—2 940 250 13—15 590Ж-7,4 -- — — 330 1—1,5 960 280 20—22 760

От данните се вижда, че при една и съща плътност детайлите, подложени на подторно прргпвян£. имат значително по-висока твърдост и якост ня опънЛс около 40%), но силно" се~ намалява тяхната пластичност. След второто спичане, при което се бнема— няклепът- твърдостта и якостта на опън се понижават, а относи- т р л к п т о удължение се увеличава, като всички характеристики

192

остават по-високи от тези при еднократното пресоване и спичане.В практиката на праховометалургичното производство са раз­

работени различни методи за въвеждане на въглерод в състава на металокерамичните конструкционни излелия: ноез добавяне на графит, сажди, чугунен прах и чрез насищане на железни бри-

• кетй~~: _вътлеоод от тиърп или газов карборизятор. Най-разпро­странен е методът на получаване на стоманени детайли в проце­са на спичане на брикети от желязо-гоафитни .смеси, състоящи се от железен прах и съответно количество графит. Изследвания­та показват, че за получаване на перлитна и перлигнскреритна струк­тура е необходимо да се използува графит с едрина на частиците под 100 цш и ниско пепелно съдържание [1, 2].

В литературата е описана технологията на производството на слабо и средно натоварени конструкционни детайли. Слабо нато­варените детайли се получават от шихта със следния състав: 98,5% железен прах и 1,5% моливен графит. Пресоването се из­вършва при налягане 700—800 MN/mB (7—8 Mg/cm2). -Детайлите се спичат при 1050°С в продължение на 2 часа в защитна среда от ендогаз с добавка на 0,5— 1 % природен газ, което предотвра­тява изгарянето на въглерода.

За изработване на детайли, работещи при повишени натовар­вания, се използува шихта oj- % железен прах и и,5 % моливен графит. След първото пресяване и спичане. които се провеждат по описания режим, те се допресоват"Ъри налягане 1000 MN/m2 (10 Mg/cma), след което се подлагат на закаляване във вода.

Методът на получаване на желязо-графитни конструкционни детайли чрез добавяне на графит е известен отдавна и такива изделия се произвеждат в големи количества, но въпреки това в производствени условия е трудно да се осигури получаването на материали със стабилна структура. Нестабилността на структу­рата се изразява в н ее д н а к в о т о с ъ о т н о ш ен и е между перлитяг ф -»- рита и свободния графит в материала на изделията, а също така я - г т о я в я н а н е на с т п у к т у п н о с в о б о д е н п р м р н т и т | 4 |. П ричини зя т о ­

' ва са нееднородността на шихтата вследствие на голямата разли­ка в плътностите на желязото и графита, обезвъглеродяващото действие на защитните атмосфери, съдържанибто на кислород в изходния прах и пр.

Един от методите за получаване на конструкционни метало- керамични детайли, при който този недостатък е отстранен, е използуването на смеси от железен прах с прах на бял чугун [5]. Шихтата се състои от 70—80 % железен прах марка ПЖ2М2 (по ГОСТ) и 20—3 0 % чугунен прах със състав: 3,2—3,4% С; 0,4—

13 Праховата металургия о машиностроенето 193

0,5% Mn; 1,4—1,8% Si; до 0,1% P и до 0,1% S. Праховете смесват в продължение на 1 час, като за подобряване на пресу мостта в шихтата се добавя 0,4—0,6% цинков стеарат или до 1 % машинно масло. Изделията се получават чрез двукратно пре­соване и спичане. Налягането при първото пресоване е 500—600

■ MN/m2 (5—6 Mg/cm2\ а при второто 800—900 MN/m2 (8—9 Mg/cm2). Първото спичане се извършва гри 680—700°С в про­дължение на 1—2 часа, а второто — при 1200°С със задържане :-а3 часа. Микроструктурата е феритно-перлитна (около 50 % пер­лит).

Свойствата на желязо-въглеродните конструкционни материали получени по двете описани технологии, са дадени в табл. 5.2.

Т а б л и ц а 5.2СЕОйства на някои конструкционни ж елязо-въглеродни материали

Мзрка на материала

Якост, MN/m2Якост на

удар,kJ/m 2

ТвърдостН В,

MN/m2Удължение,

7.на опън на огъване

ЖГр1,5-6,0

ЖГрО,5-7,0 ЖБЧ20-7,0

200—240

2 80 -3 3 03 8 0 -4 0 3

600—7007 9 0 — 836

0,03—0,04

0 ,09 -0 ,10,22—0,31

50—70(HRC)

1870—22900,9— 1,2 1 ,4 -1 ,5

По-високите характеристики на якост и пластичност на мате­риала ЖБЧ20-7,0 при еднаква плътност се обясняват с по-рав- номерното смесване на праховете и по-стабилната структура след спичане, а също и с отсъствието на дифузионна порестост, която се образува при спичане на желязо-графита.

През последните 5—6 години започнаха да се употребяват гц?'чани д ^ - г и р я н и стомани, съдържащи н .и к -р л т м р я и у р п м R ли­тературата [6] са дадени резултатите от изследването на физико- механичните свойства на желязо-мед-никелови сплави с различно съдържание на мед и технологията на производството на печатни валци за текстилната промишленост. Като оптимален материал за тези валци се посочва стомана, съдържаща 50 % Fe, 45 % Cu и5 % Ni, която има по-високи характеристики от чистата мед, из- ползувана досега. Технологията на приготвяне на валците е след­ната. От смеси на праховете се пресоват пръстени под налягане 600 MN/m2 (6 Mg/cm2), които след това се спичат насипани с дърве­

194

ни въглища при 860—900°С в продължение на 2—3 часа и се калиброват. След калиброване пръстените се събират на пакет в стоманен патрон, уплътняват се на преса и се спичат при 950— 1000°С в продължение на 3 часа.

Изработването на дребни зъбни колела по методите на пра­ховата металургия е по-изгодно в сравнение с механичното на­рязване на зъбите. Така например при изработване на зъбни ко­лела за маслена помпа на автомобилни двигатели праховомета- лургичната технология дава възможност трудопоглъщаемостта да се намали с 28%, да се направи икономия на стоманен прокат 297 g за всеки детайл и да се понижи стойността им с 10% [7].

За изработване на зъбни колела се използува шихта със след­ния състав: 96% железен прах, 3% меден прах и 1% графит. Сместа се пресова при налягане 600 MN/ma (6 Mg/cm2) и полу­чените брикети се спичат в защитна среда при температура 1140—■ 1180°С в продължение на 1— 1,5 часа. За да се получи оптимална структура, след спичането зъбните колела се подлагат на термо­обработка— отгряване в защитна атмосфещц|ЦИ 90Û°C и охлаж­дане и нещга ди 040°С:' ~рЩ^лта^~на тази обработка структура­

т а на~ зъбниге"~1ШЖла~представлява зърнест перлит и твърд раз­твор на мед в желязото. Получените зъбни колела имат якост на опън 200—250 MN/m2 (20—25 kg/mm2), остатъчна порестост 18—20% и твърдост по Бринел 400—650 MN/m2 (40—60 kg/mm2). Предимство на зъбните колела с остатъчна порестост е безшум- ността им при работа.

При изработване на зъбни колела с повишена якост, работещи при големи натоварвания, се използува двойно пресоване и спи- чане. Плътността на такива, зъбни колела достига 7200—7600 kg/m3 (7,2—7,6 g/cm3), а якостта на опън — 800 MN/m2 (80 kg/mm2). За да се получат точни размери след спичането, зъбните колела се подлагат на калиброване.

Свойствата на различни видове легирани конструкционни мета- локерамични материали преди и след термообработка са показани в табл. 5.3.

195

Таблица 5.3

Свойства на легирани конструкциснни материали

Марка на материала

След спичане След термообработка

якостна

опън,МЫ/ш8

отн.

уд

ълж

.,%

якосгна

огьви-не,

MN/ п-2

ЯКОСТна

удар,kJ/m2

1тв

ърдо

ст

HR

B\

якостна

опън,М Ы /т2

<0

X{­О

ЯКОСТна

огъва­не,

MN /т 2

ЯКОСТна

удар,kJ/m2

твърдостH RB

ЖГр1 6,3 250 1 ,0 682 0,014 50 337 0,5 0,062 90 (HRC)ЖГр1-7,0 424 3,0 850 0,028 — 460 0,5 — 0,070 m (H R C )ЖГр1-7,3 480 3,0 990 0,042 — 900 2 ,6 1660 0,083 105 [HRC)ЖД 1 0 -6 ,0 2 1 2 0,5 530 — — 380 1 ,0 730 0,050 30ЖГр1Д7-6,0 353 0,5 810 0,042 70 600 1,5 1270 0,083 30ЖГр1Д7-6,8 586 1 ,0 930 0,055 73 780 1,5 1480 0,09 40ЖГр1Н792-6,8 494 2,5 990 0,070 70 650 1,5 1850 0,09 42ЖД20 (Пр) 494 1 ,0 990 0 ,2 0 73 900 0,5 1480 0,15 35ЖГр1Д20 (Пр) 780 1 ,0 1340 0,15 90 1075 1 ,0 780 “ “ 40

5.2. Материали и изделия на основата на цветни метали

От цветните метали най-голямо приложение за получаване на конструкционни металокерамични материали в машиностроенето имат медта, алуминият и труните с-нлави. В някои специални от­расли на техниката (ядрената, електронната) намират приложение металокерамичните изделия на основата на титан, берилий, , дир-

45 Изследванията^на якостните^характеристики на праховомета- лургичните медни детайли при еднократно и циклично натоварва­не показват, че якостта на медта, получена от електролиши и разпратени прахове, зависи главно от режимите на пресоване и спичане и в по-малка степен от типа на използувания прах. С на­маляване на порестостта на изделията всички якостни характе­ристики, включително и границата на умора, се приближават към стойностите за лятата деформирана мед [7].

Особено високи свойства имат изделията от м р п р н прах, по­лучени чрез горещо пресоване. Изследвани са механичните свой­ства на материал, получен чрез горещо пресоване на редупирян

196

меден прах [8]. Пресоването е било извършено при налягания от 100 до 600 MN/m2 (1000 до 6000 kg/cm2) и температури 200, 300, 400, 500, 600 и 700°С. Максимална стойност на якост на опън — 300 MN/m2 (30 kg/mm2) е била получена за образци, пресовани в продължение на 30 секунди при налягане 600 MN/m2 (6000 kg/cm2) и температура 400—500°С. По-високите стойности на якостните показатели на металокерамичната мед в сравнение с лятата мед (ав = 200—240 MN/m2 (20—24 kg/mm2) авторите обясняват с с факта, че при горещото пресоване се създават най-благоприятни условия за получаване на фина блокова структура и висока плътност.

Технологията на получаване на металокерамичните конструк- ционни детайли с общо предназначение на основата на мед и месинг е описана [9]. Меден прах марка ПМ2 (по ГОСТ) се пре­сова при налягане 400—500 MN/m2 (4—5 Mg/cm2); получените брикети се спичат в защитна атмосфера при 800°С в продълже­ние на 2 часа и се подлагат на повторно пресоване при налягане 600—700 MN/m2 (6—7 Mg/cm2) и спичане при 1000°С в продъл­жение на 2 часа. Спечените изделия имат якост на огъване 150— 250 MN/m2 (15—25 kg/mm2). При спичане на изделия от месин­гов прах марка Л59 (по ГОСТ) се използуват по-ниски темпера­тури: 700°С за първото спичане и 800°С за второто, като налягането на пресоване и времето на спичане са същите, както за медта.

Получаването на изделия на основата на алуминий и неговите сплави по праховометалургичен път е труден процес поради ло­шата пресуемост на алуминиевия прах вследствие на изолиряпто- TÖ" жйстииь на окисния слой върху повърхността на частиците.

Извършени са изследвания [10] върху израоотването на изде­лия от алуминиев прах, получен чрез разпрашване, в зависимост от неговата дисперсност, налягането на пресоване, температурата на спичане и защитната среда. Установено е, че изделия от алу­миниев прах с относителна плътност около 99% могат да бъдат получени чрез пресоване при налягане 500—800 MN/m2 (5—8 Mg/cm2) и спичане при температура 600°С в продължение на 30 минути.

Металокерамичният никел, получен чрез валц ованеи .сцичане с последващо уплътнително валцованет намипя п р и л о ж е н и е r р л е к -

тровакуумната промишленост за изработване на детайли на ра- диолампи и други вакуумни уреди. Предимството му пред летия никел е високата чистота по отношение на химичния състав, което повишава неговите свойства. Механичните свойства на никел, по­лучен чрез валцоване на карбонилен прах, са следните: якост на

опън 400—410 MN/ra2 (40—41 kg/mm2), относително удължение 4 3 — 4 8 0 /0 .

Спечените изделия от мед-никел-цинкови (мелхиорови) сплави (18% Ni; 18% Zn; 64% Си) при плътност 7300—7800 kg/m3 имат якост на опън 140—250 MN/m2 (14—25 kg/mma) и относително удължение 6— 10%. Такъв металокерамичен мелхиор широко се използува в приборостроенето [11].

5.3. Материали и изделия на основата ' на труднотопими метали и сплави

Прието е [12] труднотопими метали да се наричат металите, чиято температура на топене е над тази на желязото (1530°С). Всички те принадлежат към преходните метали, т. е. към еле­ментите, чиито атоми имат неизградени (I- или /^-електронни нива. Тази особеност в електронния им строеж обуславя [13] техните физикохимични свойства: висока температура на топене, висока твърдост и якост и корозионна устойчивост. Благодарение на те­зи си свойства труднотопимите метали намират все по-голямо приложение в промишлеността. Това се отнася особено за Мо, Та, N5, Т1 и Ъх.

Т а б л и ц а 5.4Т ем ператури на топене и кипене и окисляем ост на труднотопимите питали [17, 19]

МеталТемпература hï топене, »C

Температура на кипене, °С

Температура на начало на интен­зивното окисле­

ние, °С

Загуба на маса при 10Э0"С

g/m2. h

Титан 1668 3260 850Цирконий 1852 3580 950 —Хафний 2 2 2 2 5401) — 1,5. 10-2Ванадий 1919 3350 — —

Ниобий 2468 4927 400 6,5Тантал 3000 5427 400 15Хром 1875 2199 — 0,4 . Ю -зМолибден 2610 5560 700 2 . 1 0 2Волфрам 3380 5900 600 1 . 1 0 2Рений 3180 5630 600 1,5. 1 0 2Рутений 2250 4900 — 0 ,1Родий 1960 4500 600 A О 1 со

Осмий 3045 5500 — 1,5. 1 0 2Иридий 2445 5300 600 2 . 1 0 - 2

Платина 1769 4530 не се окислява < 1 . 1 0 - 3

198

Плътните полуфабрикати (жици, пръчки, ленти) се произвеждат от труднотопими метали и техни сплави главно по праховоме- талургичен път. Високата температура на топене и сравнително лесната окисляекост на тези метали (табл. 5.4) са причина да не могат да се получат от тях плътни полуфабрикати по класичния начин чрез топене. Едга напоследък стана възможно с гопяването на труднотопимите метали в електродъгови и електроннолъчеви пещи при дълбок вакуум [12, 14], но този метод засега все още е доста труден и скъп.

_ Плътните полуфабрикати се получават-па_еле.дния технологи­чен режим: получаване на метален прах, пресоване, предварително спичяне. пластична деформация (коване, валцоване, изтегляне).

Получаването на прахове от труднотопими метали бе разгле­дано в глава 1. За W и Мо това става предимно чрез редукция на техните окиТи с Но. Праховете от Та, NbTTi и Zr с е п о л у ча- ват по металотермичен начин. От особено значение за успешното

ТТровеждане на~~следващйте^операции са физикохимичните свойства на праховете.Оптималните състави за всеки конкретен случай са получени в резултат на дългого­дишен опит и често пъти са производст­вена тайна.

Праховете се пресоват в брикети с квадратно или правоъгъднахечение, чиито

"размери ббйкнадеТкГГса от 6X 6 mm ..до ~'2TTy25jmm. Брикетите се спичат предва- ■рйгелно при 1100—1500°С във водород- тга~атжггфера~Т?ли във вакуум в продъл­жение на 30—120 min, при което тяхната якосТ значителиоПдарас\вал а порестостта им намалява. Окончателното спичане на получеш^е~пръчки_се извършва при тем-

П1ерату р Г " ^ (0,8 ^ 0 Ж У Г ( Тт — температу­ра на топене ,"~°~СУ~в~сп е ц и а л н и j е i ц и, _къ- дето пръчките се нагряват от топлината, от­делена от директно пропускания през тях ток. За защитна атмосфера служи добре

"изсушен Н2; понякога с£-иан©лзува-вак-уум."На фиг. 5.2 е дадена схематично кон­струкцията на една такава пещ. Пръчката е закрепена вертикално за двата водоох- лаждаеми контакта, свързани със захран-

Фиг. 5 2. Схема на пещ за окончателно спичане на брикети от труднотопими

метали:1 — стоманена плоча; 2 — во­доохлаждаем звънец 3 — во- доо*лаждаема токоподаваща

тръба; 4 — горен контакг; 5 — долен подвижен контакт; 6 —

спичан образец: 7 — гъвкав кабел

199

Технологични данни за спичане на някои труднотопими метали

Метал

Налягане при пресо­

ване, М Ы /т2

Предварително спичане Окончателно спичане

температура,оС

време,т ш

защитна атмо­сфера температура, «С

време,пип

защитна атмос­фера

УГ 5 0 - 5 0 0 1 1 0 0 - 1 3 0 0 6 0 — 90 Н 2 3 0 0 0 — 3 1 0 0 15— 7 0 н 2

М о 1 0 0 - 4 0 0 1 0 0 0 - 1 1 0 0 3 0 — 120 Н 2 2 2 0 0 — 2 4 0 0 1 5 — 100 н 2

Ие 4 0 0 — 5 0 0 1 2 0 0 120 - Н 2 2 8 0 0 — 2 8 5 0 — Н 2

Та 4 0 0 — 5 0 0 1 4 5 0 — 1 5 0 0 9 0 — 120 вакуум 2 5 5 0 — 2 6 0 0 2 4 0 - 7 2 0 вакуум

N 5 4 0 0 - 5 0 0 1 4 5 0 — 1 5 0 0 9 0 — 120 вакуум 2 2 0 0 — 2 2 5 0 2 4 0 — 7 2 0 вакуум

Т1 4 0 0 — 8 0 0 не се прави 1 0 0 0 — 1 3 0 0 — вакуум

2т 6 0 0 - 8 0 0 не се прави 1 2 0 0 — 1 3 0 0 — вакуум

ващия трансформатор. Съществено изискване по отношение на конструкцията е да осигурява плавно движение на долния елек­трод във вертикална посока, без да се нарушава херметичността на пещта. Има предложени доста решения (вж. например [15]). Това движение е необходимо, за да може да се компенсира сви­ването на пръчките в процеса на спичането, което може да до­стигне до 20% по дължина. Стойността на пропуснатия ток за­виси от температурата на спичане, респ. от температурата на то­пене на спичания метал, и от размерите на пръчката. Например при спичане на волфрамова пръчка със сечение 10Х 10 тга токът е около 2500 А, а при сечение 25X25 т т е небходим ток 9000 А [14].

В табл. 5.5 са дадени основните показатели (температурата и времето на спичане, защитната атмосфера) на технологичните опе­рации при получаването на труднотопимите метали. При някои от тях се налага спичането да се извършва във вакуум (Та, N5, Т1, Хт), тъй като тези метали поглъщат и разтварят газове (Н2, N2, 0 2) при високи температури. Във връзка с това скоростта на на­гряване до температурата на спичане не трябва да бъде голяма, за да могат разтворените газове да се отделят преди затваряне­то на порите.

След окончателното спичане пръчките имат висока плътност и якост, но недостатъчна пластичност. С по-нататъшната обра­ботка се цели да се повишат техните физико-механични показа­тели, включително пластичността, както и да им придадат необ­ходимите форма и размери. Това се постига чрез пластично об­работване на горещо и е свързано с доста трудности, особено при волфрама, койтл е най-крехък. Поради това коването на волфрамовата пръчка става със специална ковашка машина. На фиг. 5.3 е показана схематично конструкцията на такава машина. Тя се състои от кух цилиндър, който се върти на л-гери, закре­пени на стабилна поставка. На единия край на цилиндъра е дви­гателното колело, а на другия — радиално р£Зположени ударни пластинки и планки на брой 10 или 12. Концентрично на планки­те са разположени в стоманен пръ.тен същият брой ролки. При въртенето планките попадат ту върху ролките, ту в междините между тях. В първия случай те подлагат на удари пръчката чрез ударните пластпнки, а във втория се отдръпват навън по­ради центробежните сили. Ъгловата скорост на цилиндъра е 300—1500 о б /т т , което отговаря на 3— 15 хиляди удара за ми­нута. Температурата на коване зависи чувствително от сечението на пръчката (табл. 5.6). Обикновено коването продължава, дока­

201

то диаметърът на пръчката стане 1,0—0,5 ш т. За получаване на тънки жици (до 0,01 т т ) се прилага изтегляне през диамантени дюзи.

Пластичната обработка на спечените тела от другите трудно- топими метали е сравнително по-лесна и се извършва с обякно-

Фиг. 5.3. Схема на ротационна ковашка машина:1 — закалена стоманенз гривна; 2 — ролки; 3 — план­

ки; 4 — ударни пластини; 5 — волфрамова пръчка

Т а б л и ц а 5.6Температура на коване на волфрамови пръчки и жици

Размери на сечението на пръч­ката или жицата, ш т Температура нз коване, ÜC

25X 25 1400ОТ 11 до 6 1350от 5,5 до 2,5 1250от 2,5 до 1,0 1175от 1,0 до 0,05 800—550

202

вените машини, като пневматични чукове, прокатни валци и др. За обработване на лесноокисляеми метали напоследък се прила­га валцоване в защитна атмосфера [16]. Понякога това се пости­га, като цялото работно помещение се запълни с инертен газ, а работещителпоставят скафандри (фиг. 5.4).

Фиг. 5.4. Валцоване'на трудкотопими метали в инертна газова среда

На въпроса за праховометалургичното получаване на спечени тела от труднотопими метали и сплави, както и на тяхната пла­стична обработка са посветени редица трудове и монографии [12, 14, 18, 19]. От тях могат да се ползуват по-подробни данни за всеки конкретен случай на получаване и обработване на тези метали и сплави.

Труднотопимите метали и сплави притежават редица ценни свойства: висока якост и устойчивост срещу окисление и коро­зия при повишени температури; устойчивост срещу износване при механични и електрични въздействия; нищожно изпарение (парен натиск) при високи температури. Благодарение на това тези ме­тали и сплави са намерили широко приложение в съвременната

203

техника и особено в електротехническата и радиоелектронната промишленост и във вакуумната техника (гл. 9), както и в авио- и ракетостроенето и в атомната техника (8.1). Труднотопимите метали и сплави са намерили приложение и в други области на съвременната техника. Освен това немалки количества от тях се използуват като легиращи елементи в специалните сплави на желязна и никелова основа. Добавени в количество до няколко процента, те рязко подобряват свойствата на тези сплави [12, 14, 18, 19]. Според литературни данни [18] над 90% от употребява­ния в САЩ молибден се използува за такива цели.

ГЛАВА 6

ПОРЕСТИ ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИ МАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ

Единствено праховометалургичната технология дава възмож­ност да се произвеждат изделия с определено количество пори в материала, което представлява голям интерес за машинострои­телната практика. В редица случаи ролята на порестостта е ре­шаващ фактор за ефективното използуване на материала и оп­ределя приложението на дадени видове изделия: плъзгащи се лагери, филтри, охладители, шумозаглушители, огнепреградители и пр.

1\/ 6.1. Антифрикционни материали и изделия

Първите съобщения за получаване на порести металокерамич- ни лагери се появили през 1922 г . , когато в САЩ били произ­ведени бронзо-графитови лагерни втулки марка „Женелит“. Те се изработвали чрез горещо пресоване на смес от окиси на медта, калая, оловото и графит. Получените изделия от графитизиран бронз имали известно количество пори, които се пропивали с масло. В СССР производството на металокерамични антифрик­ционни порести материали и изделия е започнало от 1933 г. У нас промишленото производство на бронзо-графитови и желязо- графитови лагерни втулки е организирано от 1970 г. в Завода за металокерамични изделия в гр. Своге. Втулките се използуват в

204

почти всички отрасли на машиностроенето: автомобило-, тракто- ро- и корабостроенето, селскостопанското машиностроене, прибо- ростроенето, организационната техника и пр.

]У1еталокерамичните порести лагери в сравнение с лагерите от компактни антифрикционни сплави се характеризират със следни­те особености:

аг.'Наличност на 10—35 % пори , запълнени с масло, което до­принася за образуването на устоичив маслен филм между триё- щите се повърхнини и за намаляване йк пусковия момент. При не особено високи натоварвания и малки скорости на вър­тене маслото, заемащо обема на порите^ е напълно достатъч- "но за'работата'тга-тгагера без допълнително подаване на мазилно вещество, което е много благоприятно при затруднено мазане или при необходимост да не се допуска попадане на мазилно ве­щество в продукцията на производството (хранителната, текстил­ната промишленост и др.).

б. Липса на загуба на метал във вид на стружки и леяци при изработване на лагерите, благодарение на което разходът на ме­тал за получаване на едно и също количество лагери понякога се намалява 3 —4 пъти—О^вен тпдя порестите л агерни р т у д^ч р повечето случаи се правят от железен прах, което води към зна­чителни икономии на дефицитни цветни метали: калай, оло-

М£Д, 'Праховомталургичното лагерно производство се отличава с

прпгтя трунптупгияг високя проидип литеднпст—И—голяма точностГ Съкращаването на механичната обработка и повишаването на производителността на труда дават възможност при използуване на едни и същи площи да се увеличи производствената програ­ма, да се намалят количеството на металорежещите машини и броят на работниците.

и Недостатък на металокерамичните лагери _е—ограничената I /им възможност за използуване в тежко натоварени—възли, особеноЦ1 ' там, където има улапни натоварвания.

В табл. 6.1 са показани някои състави- и основни характерис­тики на металокерамични лагери, произвеждани в СССР- Освен тях се произвеждат порести металокеримични лагери на основа­та на чугунен прах, прахове на оловно-железни сплави и др.

205

Химичен състав и основни характеристики на металокерамични лагери

Марка на материала Химичен състав, % Плътност,

Mg/mBПорес­

тост, %Якост

на опън, MN/m»

Поресто желязо 1 0 0 Ре 6,0—6,5 18—22 120—140ЖГр 1-20ПФ 99,0 Ре+ 1 ,0 графит 6 ,0 -6 ,3 17—23 140—180ЖГр-2-20ПФ 98,0 Ре+ 2 ,0 графит 5,8—6,2 17—23 140—160ЖГр-3-20ПФ 5н7,0 Р е+ 3 ,0 графит 5,5—6,0 17—23 120-140ЖГр-З-Д-3 94,0 Р е+ 3 ,0 графит + 3 ,0 мед 5 ,7 -6 ,2 22—27 250-350ЖГр-З-Цс-4 93,0 Ре + 3,0 графит+ 4 ,0 2пБ 5 ,4 -5 ,8 17—23 120— 140ЖГр-1-Дс-З 96,0 р е+ 1 ,0 графит+ 3 ,0 Си25 6,2—6,3 18—22 —АЖГр-6-3 90А1+6 Р е+ З графит 2 ,6 —2 ,8 5— 10 —АМГ-10-3 87,0 А 1 + 10,0 С и+3,0 графит 2 ,8 - 2 ,9 5— 10 —БрОГ-Ю-2 8 8 Си+ 10 Бп + 2 графит 6 ,0—6 ,8 20—25

З а б е л е ж к а . ПФ — перлитно-феритна структура.

6.1.1. Технология на производството на железни и желязо-графитови лагерни втулки

I За приготвяне на шихта, от която се изработват порестите лагерни втулки на желязна основа, се използуват главно редуци­ран железен, прах и графит марка КЛЗ-1, КК, ЭАЗ и ЭАТ (по

j ГОСТ 4404—58). Преди шихтоването железният прах често се 1 подлага на отгряване в редукционна атмосфера, за да се намали ! съдържанието на кислорода, който е извънредно вреден при из- I работване на тънкостенни и високи лагерни втулки. Графитовият

прах се накалява при температура 850— 1000°С в продължение на 1—2 часа, за да се отстранят влагата и летливите съедине­ния. След като се подготвят, железният и графитовият прах се пресявах през сита номер 0,25^—0,18, изТйпват се в определено съотношение в смесители и се смесват в продължение на 2—6 часа. За да се подобри смесването, често в шихтата се добавя до 1—2 °/п машинно масло. В този случай отначало в смесителя- '

'с е насипва железният прах, добавя се масло и се провежда пред­варително смесване в продължение на 15—30 минути, след кое­то се насипва необходимото количество графит.

Пресоването на желязната и желязо-графитовата шихта се из­вършва, докато се достигне определена порестост. При изработ-

206

Т а б л и ц а 6.1

Якост на на­тиск,

MN/m2Твърдост Н В ,

JVC/m2Якост на удар,

kJ/m2

Коефициент на триене с мазилно ве­

щество

Допустимо на­товарване при V — 2 - 3 m/s,

MN/m2

Максимално допустима ра- ботна темпе­

ратура, °С

3 0 0 — 4 0 04 0 0 - 4 5 03 8 0 - 4 2 03 0 0 — 3 5 02 0 0 — 1 3 0 07 5 0 - 8 0 09 0 0 — 1 2 0 01 4 0 — 1 5 02 3 0 — 2 4 05 0 0 — b00

4 0 0 - 5 5 06 0 0 — 1 0 0 05 0 0 - 8 0 05 0 0 - 8 0 07 0 0 — 1 0 0 06 0 0 — 10009 0 0 — 120 02 0 0 — 2 4 03 0 0 - 3 5 01 Ï 0 - 2 0 0

0,16 — 0,20 0 ,0 3 — 0,06 0 , 0 2 5 - 0 , 0 3 5 0 ,0 1 8 — 0 ,0 2 2 0,0 4 — 0,08 0 ,0 1 5 — 0 ,0 2 5 0,0 4 — 0 ,0 5 0,0 4 — 0 ,0 5

0 ,0 1 9 — 0 ,0 23 0,06 — 0,009 0,06 — 0,09 0,0 4 — 0,06 0,0 4 — 0 ,0 7 0 ,0 0 1 — 0 ,0 0 7 5

0 , 0 0 5 - 0 , 0 0 8

0 , 0 0 4 - 0 , 0 0 8

4 .0 — 4,53 .4 — 3,83 .4 — 3,84 .0 — 4 ,55 .0 — 7,08 .0 — 10,0 8 ,0— 1,0 4 , 0 - 6 , 03 . 5 — 5,02 .5 — 3,0

1 0 0 — 120 100— 120 1 0 0 — 120 100— 141) 1 2 0 — 150

до 150 д о 150

100— 120 100— 120

8 0 — 9 0

ване на втулки с порестост 15—20% и съдържание на гра­фит 1—5 % налягането на пресоване се движи от 500 до 800 MN/m2 (5000—6000 kg/cm2). Чрез добавяне в шихтата на около 2 % масло_ налягането на пресоване се понижава до 200—400 MN/m2 (2—4 Mg/cm3). Понякога вместо масло като пластификатор, подобряващ пресуемостта, в шихтата се ~дооавя о Г 0,5~д0“ 1 % цинков стеарат. Получените брикети се ' контролират^ ф размерите, масата и външните де-фекхмДпукнатини, разрушаване на ръбовете и~пр.). ~ Колебанията

'на масата не бива да изменят порестостта над 1 %, а размерите на втулките трябва да се различават от окончателните само по големината на свиването при спичането и по допуска за калиб- роване или механична обработка.

, Порестите втулки на желязна основа могат да се спичат във всякакъв вид пещни агрегати, като задължително се използува защитна атмосфера (водород, дисоцииран амоняк, конвертиран газ) или засипване с въглеродсъдържащи смеси. Oптимaлнaтà

"температура на спичане е 1050—1150°С, а продължителността — j от 1 до 3 часа.

След спичането изделията се проверяват по отношение на съ­държанието на общ и свързан въглерод. Количеството на свър­зания въглерод не трябва да превишава 1,0 1,2°/0, тъй като при

! по-високо съдържание в структурата на лагерните изделия се

207

появява голямо количество свободен цементит, което води до бързо износване на шийката на вала. Металната основа на струк­турата на втщжите, в зависимост от с-БГтава' на~шихтата и тех­нологията на получаване може^да бъде феритна, ферито-перлит- на, перлитна или перлитна с" наличност на вторичен цементит. Отклоненията от зададената порестост на втулката не трябва да превишават 3—5 %. Формата и равномерността на разпределение на порите се контролира по микроструктурата.

Важен етап на технологичния процес е пропиването на поре­стите втулки с масло. Голямо предимство на металокерамичните лагери е самомазането, което се определя от свойството на по­рестите изделия да поглъщат масло. Маслопоглъщаемостта се определя главно от броя на откритите пори, едрината на части­ците ~на изходните прахове“ и съответно едрината на порите. С увеличаване на броя наГ Откритите пори и намаляване на техните размери маслопоглъщаемостта се повишава. Обикновено обемът на порите, които могат да бъдат запълнени с масло, е 80—90% от общия брой на порите в изделието [1, 2].

В практиката пропивянето с масло се състои в нагряване на изделията в маслена вана в продължение на 40—90 min при тем­пература 12Q—Г30°)С и следващо охлаждане в масло при темпе­ратура 18—20°С_. Този метод на пропиване е прост по отноше­ние на техническото изпълнение, обаче не осигурява пълно запъл­ване на порите. По-добри резултати се получават цри пропиване иъв, вакуум. В този случай съдържанието на масло в порите се ^увеличава с около 25 %, а времето за пропиване се съкращава неколкократно [3]. ~

За пропиване се използуват обикновени масла с вискозитет 4—8°Е.

Маслопоглъщаемостта на изделията се проверява по измене­нието на масата им, която обикновено се увеличава с 2—4 % За контрол се отбират 2—5 втулки от една партида и се опре­деля коефициентът на запълване на порите с масло по фор­мулата

къдетоk е коефициентът на запълване на порите с масло, % ; рм — плътността на маслото, kg/m3;Рм — масата на маслото в изделието, kg ;V — обемът на изделието, cm3 П — порестостта на изделието,;%.

208

Коефициентът на запълване на порите с масло не трябва да бъде по-нисък от 75 % за втулки с порестост 20% и не по-ни­сък от 95 % за втулки с порестост 25% . Пропиването на по­рестите втулки иа желязна основа с масло води и до увеличава­не на тяхната корозиенна устойчивост, което налага да се прави веднага след спичането.

В процеса на спичане втулките се подлагат на свиване, из­кривяване и деформации. Ето защо за окончателно оформяне и получаване на точни размери те се подлагат на калиброване по височина, по външен или вътрешен диаметър.

/ 6.1.2. Технология на производството j \ ид бронзо-графитови лагерни втулки

Металокерамичните порести антифрикционни материали на медна основа представляват главно калаени и калаено-оловно-цинкови бронзове. В някои случаи се използуват бронзове с добавка на 1—5 % графит.

бронзовите метадокерамични лагерни втулки се изработват от меден, калаен и оловен прах. Графитът в порестите бронзови втулки се използува рядко, тъй“ като в дадения случай той не оказва забележимо влияние върху антифрикционните свойства, а в същото време влошава пр^есуемостта^ .на праховете и _якостни-

~ ^зделията се пресоват; при налягане до 500 MN/m2 (5 Mg/cm2) и се спичат в защитна атмосфера при температура 8б0—900 С в продължение на 60—90 минути. Спичането на бронзови втулки \

Г се извършва в присъстрието на течна фаза, 1<0Ято се~ образ\5за~в I резултат на разтопяване на калай и оливото:'Н а л ичността на теч­) на фаза води до увеличаване на якостта на 'втулките, но до из- I вегтня стедзд—пингтжадн порестосгга. Свиването при спичането I

достига 10% , което е необходимо да се има пред вид при пре­смятане на размерите на пресформите.

След спичането бронзовите лагерни втулки аналогично на желязо-графитовите се .подлагах на контрол, калиброване, пропи­ване с масло и други операции.

14 Праховата металургия в машиностроенето 209

-У 6-1.3. Свойства на антифрикционните материали / / и изделия

Основните свойства, които определят експлоатационните ка­чества на металокерамичните антифрикционни изделия, могат да се разделят на две групи:

а) физико-механични — якостни показатели, структура;б) антифрикционни — коефициент на триене, самомазане, при-

работване, износоустойчивост.Физико-механичните свойства на антифрикционните материа­

ли се определят преди всичко от състава, микроструктурата, порестостта и едрината на частиците на изходните прахове.

Микроструктурата на желязо-графитовите изделия в зависи­мост от съдържанието на въглерод и активността на дифузион- ните процеси, протичащи при спичането, може да бъде ферито- перлитна, перлитна и перлито-цементитна. Практиката показва, че най-приемлива структура е перлитната, съдържаща около 1 % свързан въглерод и около 1,5% графит. Тази структура има повишена твърдост и якост, допуска най-големи скорости и на­товарвания при най-малко износване на лагерите. Феритната струк­тура допуска по-малки натоварвания и скорости. Нейни недоста­тъци са бързото износване и полепването на материала върху вала, което увеличава коефициента на триене. Благодарение на невисоката си твърдост при средни и малки натоварвания фери- то-перлитната и феритната структура допускат използуването на яезакален вал.

Перлито-цементитната структура, въпреки че притежава по­вишена износоустойчивост, има висок коефициент на триене и предизвиква бързо износване и нарушаване на гладкостта на ва­ла. Във връзка с гова в структурата на антифрикционните изде­лия не се допуска цовишено съдържание на цементит.

Въпреки че в много случаи желязо-графитовите металокера- мични лагери с успех заменят летите бронзови лагери, тяхната област на приложение се ограничава от сравнително ниските до­пустими натоварвания и малките скорости на въртене на вала. С цел да се разшири диапазонът на използуване на порестите же- лязо-графитови лагери и да се повишат техните механични свой­ства, в желязо-графитната шихта се добавят прахове от некар- бидообразуващи легиращи елементи, който подобряват спичането на железния прах (мед, никел), а също така и някои неметални елементи (сяра, фосфор) за понижение на коефициента на триене.

Изследванията са показали [4, 5, 6], че при спичане на брике-

210

ти под температурата на топене на медта (1083°С), т. е. без раз­топяване на медта, механичните свойства на желязо-мед-графито- вите изделия почти не се отличават от свойствата на безмедните изделия. При спичане над температура 1100°С добавката на мед води до значително повишаване на якостта и твърдостта на из­делията, но и до известно понижаване на пластичността. В този случай разтопената мед благоприятствува образуването на по- плътна и еднородна структура, ускорява процесите на дифузия, намалява степента на обезвъглеродяване и затруднява образува­нето на цементита. Оптималното съдържание на мед е 2—3 %,

При изследване на легирането на антифрикционните материа­ли със сяра [7] е установено, че легирането ни желязо-графито- вите материали със сяра в количество 0,5—0,8% влияе положи­телно върху пресуемостта на прахообразната смес, повишава якост­та и плътността на металокерамичните изделия. Образуването на сулфиден слой на повърхността на антифрикционните изделия подобрява преработването на лагерите и намалява вероятността от задиране на триещите се повърхнини.

При легиране на желязо-графитовите лагери с фосфор в ко­личество 0,4—0,7 % се подобрява преработването, препятствува се задирането и се повишава износоустойчивостта.

Получените зависимости на механичните свойства на метало­керамичните лагери от порестостта показват, че с намаляване на обема на порите от 40 до 20 % якостта на лагерите се повиша­ва средно 3 пъти. Обаче, ако високата порестост (около 40% ) води към намаляване на якостта, ниската порестост (около 10 %) не осигурява образуването на устойчив маслен филм върху трие­щите се повърхнини и влошава антифрикционните свойства. ,

^^Антифрикционните свойства на металокерамичните порести ла- \ ри се характеризират с нисък корфрттирнт ня триене, " висока \ носоустойчивост, способност за издържане на високи относи- лни натоварв~аНИя~И~'Д0бра пр^раЬотваем о о .— ~

“ ЙЗСледвйнията за определяне на коефициента на триене на по­рести желязо-графитови лагерни материали в зависимост от съ­държанието на графит са показали, че с повишаване на съдър­жанието на графит коефициентът на триене на лагерите се пони-

“Ткава]~като достйга~шГнймална стойност при 5 % графит. По-на- татъшното повишаване на съдържанието на графит води до по­вишаване на коефициента на триене. Най високо относително на­товарване издържат лагерите със съдържание на графит 3 % [8].

Влиянието на графита върху антифрикционните свойства на лагерите се обяснява с това, че вследствие на слоестата си атом-

211

нокристална структура графитът лесно се разслоява на тънки люспици, които адсорбират масло и образуват колоидно графи­тово-маслено вещество с добри мазилни качества.

Едно от най-важните свойства на порестите лагери е самома- занетр, което се състои в способността на~маслото в процеса на работа да постъпва от порите към повърхността на триене. То­ва осигурява продължителна работа на лагера "без допълнително поставяне на масло. Установено е [2], че самомазането на мета- локерамичните порести лагери е свързаноТ различно 6бемно~раз- ширение на маслото и металната осйова. .Въпреки че за смЕТЕз

ТПГтадабмазането^орёстите лагери могат” ’ да работят само при незначителни натоварвания и малки ъглови скорости, този ефект осигурява устойчив режим на триене при подаване на масло от­вън, повишава износоустойчивостта и дава възможност значител­но да се повиши относителното натоварване при работа с масло.

Порестите металокерамични лагери имат добра преработвае- мост, което е свързано с облекчаване, на пластичната деформа­ция поради наличност на пори. Така например желязо-графитови- те лагери значително по-бързо се преработват от бронзовите и почти еднакво с лагерите от бабит Б83 [9].

6.2. Фрикционни материали и изделия

Фрикционни се наричат материалите с вигпк-, упрфмтТ ?н-г __Нр :риене. кои-ге—се^използуват в _спирачните, стройства или в устрой-гтвата, предаващи въртяш~мЬмент. ---------------- --------- *— Условията на раоота на фрикционните материали в съвремен­

ните машини са крайно тежки. ^Началната скорост на спиране при тях достига 30—50 m/s при налягане до 2 MN/m2 (20 kg-/cm2) и 50—70 m/s при налягане 7 MN/m2 (70 kg/cm2) в условия ч на мазане. Върху триещите се повърхнини при такива режими на спиране температурата мигновено са повишава до 1000— 1100°С 10, 11]. За да се„дсигури плавно и сигурно спиране при такива

тежки условия,( ФтШЯйонните материялй трябйрГ пя~нмят; •

Л еж им о а ш ирик т ем п ер а ту р ен и н тервал ;забе-//

г) RH'coKa топлопроводност ;

юст ; /

ж)висока корозионна устойчивост.212

Фрикционните материали на азбестова {тип феродо) и ,__метал- на (чугун, стомана, брцнз) основа не3^д5влет§бряват тези изиск-

работа в те жки Еловия азбестовите фрикционни мя­тали НИГК-ЯТЯ- гй -тпп.ттппрпрпутност предизвикват голя­

мо загряване на триещата се Мойка!"Наличността на влага в аз­беста пи органични вещества в мазилното вещество (масло, битум, бакелит, каучук) води до непостоянство на коефициента на трие­не и голямо износване при високи температури. При температури над 330°С органичните вещества се овъгляват и фрикционният материал бързо се износва.

Металните фрикционни материали (чугун, стомана, бронзлдр.) също са~непригбДтг~за тежки усдовий-на ра&ота вследствие нарязко изразената си склонност към зяяжпяне и_заваряване—вривисбкй~^емттератури^ бърго износване и нисък коефициент на трие­не при леки условия на работа.

Следователно! за да бъде сигурна работата на фрикционните материали в тежки условия, те тпябия (•'ьчртянят и едно из­делие комплекс лтт~разнообразни и дори взаимноизк/почвяши се свойстба.~Само по 'нрахоцометалурпппт път р въйможно да се направи материал от различни съставки, сумирането на свойства­та на които да осигури получаването на необходимите качествана изделието. - ' - - ~ -----

/ ^'^5ъвременните металокерамични фрикционни материали се съ- / стоят от метални и неметални компонентиГ~като м еталните със -

Т Я В К И оси^урянат КИ1Ч)1<?Г ТОПЛОПрОВОДНО Т~И ~Нр£р?1РПТВЯРМПГТ, анейеТЗлнйтй (силициев двуокис,"Дйуйлуминиев триокис,"''графит и т. н.) повишават коеЙШТШенТа на триене и намаляват склонност­

т а . към_^,аажз£не.-.~"; ' ^ г '"" ~ ■“ ■ ... — ““ Всички компоненти, влизащи в състава на фрикционните ма-

тершлйГмогат да бъдат разделени на три основни категории: {Т} Компоненти на основата; като.- такива се използуват мед

(за работа в^тсаовия на мокро триене вгм сло и други течности при температури до" 3 0 0 -^0 6 аС7 и желязр (за работа в условия на сухо триене при температури до 1000^— 1100°С).

ф Ко ь т ш ^ тТ?7^туагрг1.1.и- зя-титгаянр и преппазвиши фрикпион- ния материал от износване. Използуват се олово, графит, ^судфц-

-дате-т^молибдена, желязото и медта^бариеутгжелезен сулфат./"ЗО Компоненти, ппидавацПГ~нСПиатШ«1л а ^ ^

свойства: азбест, кварцов пяс^кГдвТЗсромер триокйсГ^борен нит­рид, карбиди на силиция, титана или волфрама и др.

, Добавянето на неметални компоненти води до намаляване на якостните свойстЕа на фрикционния материал и до увеличаване

-БЗния. При 'Сериали

213

на крехкостта. Затова металокерамичните спщиани—елементи сеизработват от биметал&а материял^к-пй т п- г р състои от_метало-керамичен фрЖционйГ ;слой стоманена " основаДхшдлажка). Ме1галМ5рзнйяният фрикционен слой се съединява със стомане­ната подложка в процеса на изработването.

Фрикционните материали на медна основа рбмунгтрцр г-кттт.р- жат 60—75 »/о Си, 5—10 % Бп, 6—15 % ТТ57§-—8 % графит, 0,6 % 5Ю2 и.О—10% Ре.„ Технологията на тяхното получаваме .се съ­стои щ подготовка и смесване на прахообразната шихта, подго­товка на ТГОвтфхността на стоманената поплпжкя. пресоване на фрикционния слой при налягане 250—400 АШ /т2 (2500—4000 к^/сгп2) отделно или вър^Г^стоманената подложка, спичане вза- щитна „ а тмосфера,, при '"налягане^Т—Т7£Г'М^/т2~(10— 15 к § /т8У" и температура 700—850°С (в зависимост от състава) в про­дължение на 2—3 часа. Подготовката на шихтата се състои в доредуциране на металните прахове (в случай, че са окислени) и пресяване. Неметалните материали, например азбестът, се нака- ляват, за да се отстрани влагата, смилат се и се пресяват през сито 0,056 [12, 13].

Голямо внимание трябва да се обърне на процеса на смесва­не JщIпдalШШIЗЩтеIтатеpтppг^IDpзж^гтsЖмaтFrpaзЖкa в от­носителните им плътности. Обикновено оловният прах се сЖСва предварително ~с~азбеста, графита и другите неметални компонен­ти. Частиците на азбеста вследствие на влакнестия си строеж лесно полепват по оловните частици и притеглят към себе си лекия графит, благодарение на което при по-нататъшното смес­ване на всички компоненти има възможност да се получи равно­мерно разпределение на шихтовите материали.

При пресоването на шихтата е важно да се осигури равно­мерна височина на засипване в пресформата, тъй като малката дебелина на слоя често води до бракуване поради нееднородна плътност и до разрушаване на полуфабрикатите при изтласкване от пресформата.

| <я Пресоването на—фрикаионнат-а-тих^а .направа -върху гтомяне- Р ната тюШПШШ1Гпосле. двШЩТСгетшзнНЕ под надяган£.._асигумват П по-до'бро~е1трплрнир на мртяддуррямичния слой4 със стоманената к отлова в сравнение_ със случая, когато фрикционният слой се

пресова и спича отделно, а след това сё съединява със гтомяне- ната подложка! _В този случай добро сцепление се получава са- Ш ^|ш~тфедва|штелно помедяване и дифузионно отгряване на стоманената подложка при 950°С в редукционна атмосфера [14].

Металокерамичните фрикционни материали на медна основа с

214

различен състав имат коефициент на сухо триене в границите0,20—0,35, достатъчна якост, добра топлопроводност и термо- устойчивост. Те успешно се използуват при налягания до 2,5—3,0 MN/m2 (25—30 kg/сш2) и издържат кратковременно повишаване на температурата до 800°С. Такива материали във вид на диско­ве, накладки и ленти се използуват в спирачните системи на са­молетите, тракторите, металорежещите машини и др.

Технологията на производството на фрикционните материала на желязна ocHojaauHe се различава принципно от технологията“

"fia производството на материалите ка медна основа.Пресоването на прахообразната шахта на желязна основа се

извършва при ; налягания" 500^-600 MN/m2 (5000—6006' kg/cm2), а спичането— при температура ÎOÔÜ 1—1100°С в продължение на 2^-3 часа 1Г н 1ляган€ 2—3 MN7m^72Ü^-30 kg/cm3) в редукцион­на среда, j a да се създаде по-добра и устойчива връзка между фрикционния слой и стоманената подложка, повърхността на под­ложката- предшГр^ cë ЖиШШпаТ'' "" , * " " " |ГГ’ ..-tn-i— ■ —~ ~ Понастоящем в СССР са разработени редица фрикционни ма­териали на желязна основа (ФМК-11, ФМК-8 и др.) [15]. В съ ­става на ФМК-11 влизат желязо, мед, графит и барит. Изделията от него се изработват във вид на пластини с дебелина 3,0—7,0 mm. Оптимални свойства на материала се получават чрез пресоване при налягане 600 MN/m2 (6 Mg/cm2) и спичане при 1040— 1060°С в продължение на 4,5—5 часа. Спичането на фрикционните полу­фабрикати се извършва в пакет по няколко десетки броя при налягане 2—2,5 MN/m2 (20—25 kg/cm2).

Т а б л и ц а 6.2Свойства на металокерамичните фрикционни материали

СвойстваXap хктеристика ма материала

на медла основа | на желязна основа

Плътност, Mg/m3 5,8 — 5,6 6,0 — 6,5Твърдост по Бринел, MN/m2 180 — 250 600 - 8 0 0Съпротивление на срязване, MN/m8 60 — 70 100 — 150Якост на натиск, MN/m2 / ' 250 — 280 500 —700Якост на опън, MN/m2 ^ 20 — 40 80 — 10 0Коефициент на триене в чугун ” ta*

:Сухо триене 0,25 0.30 0,26 — 0,45триене в масло 0V1 2 — 0,18 —

Коефициент на топлопроводност (от 20 ..до 600°) 4 , 3. IO- 5 W/ m. d e g

(kcal/cm . s . deg) 0,09— 0,10 0,036— 0,038Коефициент на линейно разширение

(от 2 0 до 600°) а . 1 0 - 6, d e g - 1. 17 — 22 1 0 — 1 2

215

В състава на ФМК-8 влизат желязо, никел, волфрам, хром и графит. Този материал се различава от ФМК-11 с по-висока якост, но му отстъпва по стабилност на фрикционните характе­ристики.

В табл. 6.2 са посочени основните свойства на металокерамич- ните фрикционни материали на медна и желязна основа.

6.3. Праховометалургични филтри

Възможността за точно регулиране йа порестостта на мате­риалите и изделията е причина методите на праховата металургия да се прилагат за получаване на специфични видове изделия — металокерамични „филтри, които понастоящем широко се използу­ват 'З а ^ JшлxщшaJв:e-Jia_Jтечнocти и газова в различни отрасли на машиностроенето и химическата промишленост. Пряхоаометалур- -

» тичните филтри по-добре задържат Фините т в ъ р д и частици от " Зжлтвттте от тъкани или керамика. Освен това' те имат значител­

но ^гто-вводка якост и еластичност* от керамичните и имат добро . съпротивление срещу ударни натоварвания. В зависимост от из-

пблзувания шихтов материал металокерамичните филтри могат да бъдат корозионно- и топлоустойчиви. Те имат повишена топ­ло- и електропроводимост и в сравнение с редица други видове

"филтри са по-стерилни. .Положително качество на филтрите от метален прах-е-нв-ее-то-

тата на тяхната фссплоатащш и възможността за бързо и лесно регенериране, т. е. очистването им от замърсяване. За „регенерл-

\ £ане на металокерарачните филтри се използуват няколко метода.Т ' ^а) механично ^~чрез продухвайте възлух ( г я ^ шш чре^Гтгро~/| пускане-ая течност в направление, обрагно на филтруването;

(15) химико-механично — чрез пропускане на химически разтво­рители в направление, обратно на, филтруването (замърсяванията се отделят механически и чрез разтваояне);

в) термично ■— чрез накаляване наррилтрите в струя от горещ газ;

■ г) центробежно-вибрациПряховометалургичните Щрлтри се произвеждат във вид на

пласткни! цйШ1ДРИГкозду-о^1ръ^и-^г-прг~В зависимост , от облас-- 'П ^ е на 1Й)Илижсниь и 1 еЖнг1еските'~~изискванйя--филтр и те могат да §ъдат направени от прахове на~ “различни метали, и сплащ : бронз, "желязо.—никел, титан, неръждаема стомана и. трудно-

^'огшмй карбиди. - '

216

I При изработването на филтри със зададени свойства (порес- I тост, пропускливост, степен на филтруване^ голямо значение, има

грануломе тр и чнйят съ стярГ на 'прУ тпиртр' формата на частиците и. състоянието на тяхната 1То¥ърхш5&т. )£Гри'избора "на материала на прахгР?е~вземат пред ""вид и условията на работа на филтъра: агресивност на средата, температура и т. н.„— .Обикновено филт-рихр гр изработват от прахове със сферична форма л а частиците и по-рядко—:"от прахове, чиито частици имат фсГрм~а на равноо^щ^-.многоъгълнйци [а]. ЧреПГ изменяне на със­тава, формата и размерите (диаметъра) на частиците на праха, а също така и на режима на-пресоване и спичане, може да се по­лучи материал с предварително зададена порестост^ Колкото дю л . дребни оз частиците на праха, толкова по-малка е големинатГнаН 1

поучаваните пори- ~В"ма’Г1ЛЯШга и1 ^ю-виси^а — сТ^Пг""“ -■ ■тргущщ-ег^Коефициентът на по^ресттгг~при “ филтри гъс сферична

етЩжа на Частиците, т. е. съотношението^ежду о&ема на метала " и сумарн.иа-Х>бем-,на_порите £_ постбянна величина и не зависи от размера на частиците. С увеличаване на диаметъра на частиците 'се "намалява общото количество на порите, увеличават се техните геометрични размери, вследствие на което се увеличава пропуск- ливостта и производителността на филтрите, но се влошава фил- труващата способност.

Бронзовите филтри обикновено се изработвал:—от—драхов-е-съ с- сФерична^фРЬма на .чагтипйтаГполучрни цррчрязпрап^иянр ня т р .

чен мбТал. В НИТИМ е разработена технология за производство на Оронзови праховометалургични филтрди за филтруване на масло в металорежещите машини [16]. Бронзовият прах се насипва във форми с определена конфигурация, "които са изработени от сто­мана, подложена на термодифузисшнб хромиране, уплътнява се чрез стръскване-И. се спича заедно с формата в защйтна атмоТ- фера-тгри т е м п е р а т у р а влтродъдженке- на 1—£ ча-са.^-^*

Никелови филтри се изработват от карбокилни прахове със сферична форма на частйнйте. Те се спичат в гра~Фитови или ке­рамични" форми ппи темпер^^ра З а " подобряване на пропускливостта и повишрЬделта порегтогхха -.на филтрите много често в никеловата шйхтасе добавят .пълнители, коите-в- процеса на спичане излитат и предотвратяват затварянето на по­рите [17].

Напоследък голямо приложение намират металокерамичните филтри, изработени от неръждаема стомана, които имят пигпкя корозионна устпГппппгт и г п ^аднтрпно по-евтини от ни^рппиитр Използуват се прахове от неръждаеми стомани марки Х17Н2,

2 1 7

Х12Н9, ХЗО и др. Филтруващите елементи от тези прахове се изработват чрез пресоване, валцоване и спичане при температура 1200—1250° С в продължение на 2—3 часа в атмосфера на изсу­шен водород.

В ИПМ на УССР [18] е разработена технология за изработва­не на едрогабаритни филтруващи елементи от неръждаема сто­мана във форма на тръби с диаметър 100 mm и дължина до 500 mm, с порестост до 70%. Изделията се формуват чрез мунд- щучно пресоване на прахообразна шихта, пластифицирана с ни­шесте или карбоксиметилцелулоза. Спичането на тези филтри се извършва на два етапа: предварително спичане в продължение на1 час при 600-800° С за отстраняване на пластификатора и окон­чателно спичане при 1200— 1250° С в продължение на 2—3 часа в атмосфера на изсушен водород или чрез засипване със защитна прахообразна смес. Получените по тази технология филтри при порестост 60—65% имат якост на огъване 50—100MN/m2 (5—10 kg/mm2), якост на опън— 1— 15 MN/m2 (0,1— 1,5 kg/mm2) и издържат хидравлични изпитвания на радиално разкъсване до 2,5 MN/m2 (25 at). При изработване на металокерамични филтри от прахове на неръждаеми стомани чрез валцоване може да се получава високопореста лента с дебелина 0,35—2,5 mm.

За филтруване на нафта, дизелово гориво, мазилни вещества се изтГблзуват~металокерамични филтри, изработени от—р^дуииран желез|§н_П£ах. Технологията на производството на филтри от же­лезен прах се състои в следното. Прахът ге прргядя ня фрякпии, след което нужните фракции се смесвят г—оз-рАфин ^3°/» парафин от масата на праха). Приготвената шихта се пресова на брике т които _с£-спичат в контейнери, аасипани с~1Грах от лвуалумйниев триокщцДо 400—450° С температурата се повишгШатЕГ скорост 10CrHeg/h. При 450° С температурата се задържа, за да изгори парафинът, след което отново 6 j b h o се повишава до 1200°С. При тази температура се прави задържане за 2—3 часа, след което изделията се охлаждат заедно с пещта до 800—900° С, изваждат се и се охлаждат на въздуха заедно с контейнера. За сфероиди- зация на порите и повишаване на^пропускливостта на железните филтри е целесъобразно процесът на спичане да се активира чрез легиране на желязото с мед. Добавката на 10% мед към желя­зото повишава пропускливостта на филтрите 2—3 пъти [8].

Голям интерес -за филтруване-па агресивни среди ц д е дстаЕля- ват филтрите, изработени от прахове на титан—и трупнптпш/ми карбиди>, 1 итановИ'1't! ШилJри гй~Тюлучявят от изгитн^ня титяновя гъба със следни1£-4>раздии:-б71: JQ.2; 0,3 и 0,4 mm. Филтруващите

218

елементи с размери 40X34X50 mm се пресоват с използуване на 5% пълнител (спиртно-глицеринова cMec.jr^fî02/o етилов алкохол и 40% глицерин) при налягания 50—3'00MN/m2 (500—3000 kg/cm2) и се спичат слбд излитането н5 пълнителя (при 400° С и едноча­сово задържане) чрез бавно повишаване на температурата (150— 200 deg/h) до 1000° С в продължение на един час в атмосфера на аргон. По метода на хидростатично пресоване могат да се пресоват филтруващи титанови елементи с голяма дължина и без пълнител. Хидростатично пресованите титанови брикети се спичат при 1000° С в продължение на 1 час в атмосфера на аргон [19].

Карбидите на волфрама, ниобия, ванадия имат п о в н п т р н п к и г р -

линоустоичиво^т и затова филтри.тр,.-цдрябптрни г>-г мптарт»плн, с -уепсл се, изттбдзуват за фидтруване.._на. киселини— За да се по- дебртг пресуемосттаГ"карбидните прахове се смесват с восък (2— 3%-ен разтвор на восък в тетрахлорметан), който излита в про­цеса на спичането. При производство на филтри от карбидни прахове се използуват значително по-високи налягания на пресо­ване и температури на спичане.

Освен за филтри високопорестите металокерам^чни материали и изделия намират широко приложение в техниката като антио­бледенители, охладители, огнепреградители, шумозаглушители, конструкционни детайли, електрохимични източници на ток и др.

Металокерамичните твърди сплави са композиционни материали* коитоИгьчетават високата твърдост и износоустойчивост на мета- лоподобните труднотопими съединения (главно карбидите на вол­фрама, титана, молибдена, ванадия, тантала, ниобия и др.) с жи- лявлгття и у да-рвата^икост на металите, използувани за свързване (главно кобалт, никел и желязо). Единствено праховометалургйч- ТИТа технилшин дават възможност да се получават подобни ком­пактни сплави с твърдост, близка до твърдостта на използуваните карбиди (86—92НДА), и достатъчно висока жилавост и якост благодарение на наличността на тънки слоеве от свързващия ме­тал, които цементират твърдите и крехките карбидни частици.

Използуването на твърдите сплави в металообработващата, ру- додобивната и други отрасли на промишлеността дава огромен

ГЛАВА 7

ТВЪРДИ СПЛАВИ

2 19

икономически ефект вследствие на високата производителност и дълготрайност на инструментите от твърди сплави, които десетки пъти превишават тези на инструментите, изработени от инстру­ментални стомани.

Технологията на твърдосплавното производство, свойствата на твърдите сплави и областите на тяхното приложение подробно и задълбочено са описани в редица специализирани монографии и учебни пособия [1-7]. Затова накратко ще разгледаме основните проблеми в областта на твърдосплавното производство.

- 7.1. Особености при изработването и свойства ^ на твърдите сплави

Понастоящем промишленото производство на твърдите сплави в световен мащаб се намира на достатъчно високо ниво, въпреки че съществува не повече от 35 години, а повечето от заводите за твърди сплави са създадени преди 10—20 години. В нашата страна твърди сплави започнаха да се произвеждат от 1954_х. с влизането в строя на специализирания цех към ОПП „Фр. Енгелс“— гр. Казанлък. От 1970 г. производството на твърди сплави главно за рудодобива е организирано в КЦМ „Д. Благоев“ — гр. Плов­див. Главната научноизследователска дейност у нас в областта на твърдите сплави се провежда в НИТИМ — София.

Основните фактори, които определят качествата на спечените твърди сплави, са свойствата на твърдите труднотопими карбиди на един или няколко карбидообразуващи метала; свойствата на цементиращия метал; съотношението между количествата на твър­дата карбидна основа и меката свръзка; големината на карбидни­те зърна; характерът на взаимодействие на свързващите метали с карбидите.

Карбидните прахове, използувани в твърдосплавното произ- водетШ,~Трябва' даотговарят на гледните изисквания: да имат състав, съответствуваш на химичната формула на стабилния кар­

б и д ; частиците^на праха трябва да^имат определен ~гранулом№- ричен състав; не трябва да съдържат окиси и свободен въг-

—^ — З^езадиз е, използувани за свързване, трябва да образуват течна

/ фаза при температурите на спичане и да умокрят карбидните ! частици; да ряятяярят и я и р г т н я чягт п т карбидите и да не обра-11 *зу!ат~с~карбидната осГнова твърди фази с ниски механични свои-V ства; да притежават такива механични свойства, че получените

220

/^тънки цементиращи слоеве да имат достатъчна якост, за да из­

държат, напреженията, предавани от карбидните -частици [11 — I _ Като свързващ метал най-широко разпространение е получил Т

^кобалтът, който частично разтваря волфрамовите карбидйПТГ~съз*-Ч™ дава собствени карбиди и осигурява високата якост на твърдТшГ'”8 сплави. ....... —^ 5 ^ 3

^Принципната технологична схема на производството на мета- локерамичните твърди сплави не се отличава от типичните схеми на производство на металокерамичните изделия въобще ""и се със­тои в приготвяне на прахове на карбиди и свързващи метали, тяхното_ смесване в определени съотношения, пресоване на сме-

_ Сите и спичане на пресованите~брикети. ' ”' Тъй като методите за получаване на метални и карбидни пра­

хове са описани в първата част на книгата, тук ще разгледаме само останалите технологични операции.

Смесването на карбидните прахове с праха на метала-свръзка- обикновено се извършва в течна среда (спирт, бензин," нафта) в топкова мелница. «Времето на смесване е от 1 до 7 денонощия.За повмнааадге на якостта на брикетите и подобряване на пресуе- мостта при^приг.отвянето на шихтата в нея се. добавят пластифи­катори (разтвори на каучук, парафин или камфор в бензин). След смесване шихтата се суши ^ сушилен шкаф при 80—90° С и ва-

1 К /ш 2 (10-1 т т ^ ) .сплавните шихти могат да се пресоват на студено или

на горешо: горещотсГТгресоване^^се използува главило за дребносе- рийна специализирана продукция. В масовото производство се прилага пресоването на студено при налягане 50—200 МИ/ш2 (50-5-2000 к^ с т 2). По-високите налягания често водят до разслоя­ване, поява на пукнатини и разрушаване на брикетите. Получа­ваните брикети имат порестост 30—403/«-

Спиаадеаа^на твърдосплавните-брикети се извършва в най,- , различни пе^цни агрегати: графитови тръбни пещи, муфелни пещи

"с нихромбвй* и молибденови нагреватели, вакуумни, индукционни и електросъпротивителни пети. .|<ято— яяптитна атмосАепа се из­ползува главно „водород. Спичането във вакуум дава възможност да"с£' Получават по-плътни изделия при по-ниска температура на спичане, но процесът е по-продължителен и икономически не ви­наги е изгоден.

Спичането на твърдите сплави често се разделя на два етапа. Отначало в зависимост от състава на сплавта и съдържанието на кобалт се провежда дредварително спичане при 900— 1100°С.В този етап частиците на шихтата започват да се спичат, оКИСНй-

221

те слоеве се редуцират и се наблюдава известно свиване на бри­кетите. След задържане в продължение на 2—4 часа в зависи­мост от размерите на изделията спечените брикети придобиват достатъчна механична якост и могат да се обработват на метало- режепцГмашини.

Нг—з»- г~- ___ ДУта -1' ~1 • -

» О 000006<; ООООООО ООСО

1 1 * * * ^ ^ 7 *

Но

">чссс0

V0

ода□ ашпаа.

ЭР*1

ПЕТ□ппППппппа а

5Э5О

*>/

Фиг. 7.1. Схема на процеса на получаване на мегалокерамични твърди сплави1 —^получаване на волфрамов ( танталов) карбид

1400—1600°С 1400—1600°С № +С---------------— » WC; Та (ИЬ) + С ------------------- > Та (№ ) С;

2 — получаване на титанов карбид С2000—2200°С к-*' - 1

Т102+ЗС--------------------- > Т1С+2СО;3 — получаване на сложни карбиди т

1700-19000С ' ‘ ГШ С+Т1С+Та(№ ) С------------------- > (\У,Т1,Та,№>)С'

700»С ;4 — пресяване; 5 — получаване на кобалтов прах Соа0 1+4Н»------ -» ЗСо+4Н206 — мокро смилане; 7 — пресоване; 8 — сушене; 9 — пресовани брикети; 10 — фасон­ни изделия; 11 — предварателно спичане при 800—4000°С; 1 2 — механична обрчботка;13 — окончателно спичане при 1400—1500»С

222

Окончателното спичане на твърдите сплави в зависимост от състава им се извършва при температура 1400— 1550°С и задър­жане при тази температура в продължение на 3—5 часа.

На фиг. 7.1 е показана принципната технологична схема на производството на металокерамични твърди сплави [6].

За да се получи представа за процесите, които протичат при спичането на твърдите сплави на основата на волфрамов карбид — кобалт, ще разгледаме тройната диаграма на състояние волфрам — въглерод— кобалт и по-специално изотермичния й разрез при 1340° С {фиг. 7.2), т. е. при температурата на получаване на течна фаза [2, 7].

На диаграмата на състоянието в равновесие са следните фа­зови полета:

1. Еднофазна област от твърд разтвор на волфрам и въгле­род в кобалт (у-фаза, у-твърд разтвор или у-кобалт).

2. Двуфазна област от у-твърд разтвор и свободен въглерод.3. Трифазна област, в която съществуват едновременно у-твърд

разтвор, свободен въглерод и химичното съединение волфрамов карбид.

4. Трифазна област от у-тьърд разтвор, волфрамов карбид и т-рпйно химичнп съединениет което има широка област _на. хо­могенност и отговаря на следните състави: Со3Ш3С—Co2W4C— Со3Ш6С. Това съединение се нарича т^-фаза. "

5. Двуфазна област от у-кобалт и волфрамов карбид. Тази об­ласт е сравнително тясна^йри по-ниско й по-широка — при по- високо съдържание на кобалт. Широчината й показва какви са допустимите колебания на съдържанието на свързан въглерод в твърдите сплави, без да се нарушава двуфазната им структура. В практиката на твърдосплавното производство се цели да се получат изделия, структурата на които да отговаря на двуфазната област, при която те имат най-високи показатели. Много често в зависимост от средата, в която се извършва спичането, в твър­дите сплави могат да се. образуватл_други фази. Когато в струк­турата има въглерод^сддавта^се-отнася към трифазната област уягобал т — волфрамов карбид — въглерод и получените твърди сплави са с понижени механични показатели. Когато в твърдата сплав въглеродът е в недостиг, се наблюдава нежелателната крехка 7]г- фаза.

6. Останалите фазови полета отговарят на още две химически съединения (г]2 и х). Тези фазови полета не са от значение за производството на твърди сплави.

7. На диаграмата на състоянието^близко л о.дв нията кобалт-въ- глерод е показана с пунктър тройната евтектична точка между

223

у-кобалта, волфрамовия карбид и въглерода. Тя съдържа 22—24% волфрам, 73 75% кобалт и 2,3—2,4% въглерод. Температурата на топене на тройната евтектична смес е 1300° С.

С

т

. Г

/*

/ ПА

С О 1

о\о

40А

ио

ъ

£\1г--------— V - . —- у — ■Г+ , ' 2 — — - А * „ \ / « Х _ 'С2Т у*сТхА-УУ / М / ^ ъг/К90 80 70 60

СО, а Ь .%30 го

Фиг. 7.2 . Диаграма на състоянието на системата — С — Со

От тройната диаграма на състоянието е възможно да се под­берат условия на спичане, близки до равновесните, така че про­извежданите твърди сплави да притежават максимална износоус­тойчивост и висока механична якост.

224

За да се определят равновесната температура, при която се получава течна фаза, и количеството на течната фаза в зависи­мост от съдържанието на кобалт, е необходимо да се разгледа

2 4 0 0СО* 2200(у§.20001$ 1 8 0 С&§• 1500§ 1400№к 1200

1000^п Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Со Съ държани е \л/с, %

Фиг. 7.3 . Диаграма на състоянието на системата Со —

на тройната диаграма на състоянието \У—С—Со вертикалният псевдобинарен разрез волфрамов карбид—кобалт.

От диаграмата на състояние на системата 'МС—Со (фиг. 7.3) се вижда, че в кобалта се разтварят 5—8 a t % волфрамов карбид, като се образува твърд разтвор кобалт—въглерод—волфрам (у- (Ьаза). а пои 35 а±._?/0 ^ С се образува евтектична смес с темпеоату- ра на топене 1340 С. ' ато^арййЙар^че' вЬлфрамо вият "кар^вд се топи при температура околоп^ЩЦ££, а температурата на топене на кобалта рг 1495° С. спичанетона твърдосплавните изделия до­ри при 1400° С протича в присъствие на течна фаза.

Количеството на течната фаза зависи от състава на сплаит-а- и от температурзтсптз гттичян^ к ') |и птп поррцр гддавта-ее—до- ближ а е а до евтекчйчнйя~състая и колкото по-високз-е-тештера- турата на спичане, толкова количество,образува. В задевтектичиите сплави (със съдържание на волфра­мов карбид над 35 а! %) при продължително задържане в про­цеса на спичането между течността и твърдата карбидна фаза се установява подвижно равновесие, което се съпровожда, от една страна, с разтваряне на дребните карбидни частици в течност­та и от друга, с нарастване на едрите карбидни зърна, т. е. про­тича процес на прекристализация през течна фаза. При това ос­трите ъгли и издатини на частиците се изглаждат и формата на едрите карбидни зърна става равноосна.15 Праховата металургия в машиностроенето 2 2 4

По такъв начин, когато се спичат твърдосплавни брикети от смес на прахове на волфрамов карбид и кобалт, в резултат на образуване на евтектична смес свързващият метал се разтопява и за сметка на капилярните сили запълва кухините между части­ците на волфрамовия карбид, които се срастват помежду си и образуват скелет, запълнен със стопилка. Течната фаза облекчава срастването на карбидните частици и благоприя^-ствува тяхното г-бЛйжаване под действие на силите на повърхностното наТфеже^ тгйе, т. е." наолюдава-сс процси на намаляване на ооема и разме­рите на брикетите.

Свиването на твърдосплавните изделия започва при 1200° С, обаче най-интензивно протича при 1400—1500°С. При тези тем­ператури процесът на срастване на карбидните зърна получава максимллно развитие и в зависимост от състава на сплавта ли­нейното свиване на изделията достига 20—30 %, а обемното 40—50 о/0.

При охлаждане на сплавта разтворимостта на волфрамовия карбид в у-фазата намалява, затова в студено състояние це- ментиращата кобалтова свръзка съдържа незначително количест­во волфрамов карбид и има висока жилавост и якост.

Процесите на спичане на сложни по състав твърди сплави по принцип не се отличават от разгледаните по-горе. След спичане твърдосплавните изделия придобиват висока якост и плътност (9 8 — 99 о/о).

Отначало металокерамичките твърди сплави се изработвали само на основата на волфрамов монокарбид с цементиращ метал кобалт в количество от 5 до 15%. По късно започнали да се използуват сплави на основата на карбидите на волфрама и ти­тана, а напоследък — на основата на карбидите на волфрама, ти­тана и тантала (ниобия).. В табл. 7.1 са посочени химическият състав и физико-меха- ничните свойства на най-разпространените марки твърди сплави в СССР (ГОСТ 3882—67).

Твърдостта и жилавостта на твърдите сплави зависят от съ­става и тяхната структура. Както показват редица изследвания [5, 8, 9], ставите от типа ВК (волфрамо-кобалтови) при еднакъв състав са толкова по-твърди и износоустойчиви, колкото по-дис- персна е карбидката фаза; при уедряването й сплавите стават по- меки и жилави. По такъв начин при производството на метало* керамични твърди сплави има няколко възможности за получава­не на нужните механични свойства. Така например за обработване на меки, добре обработваеми материали се използува сплав мар-

226

Химичен състав и физико-механични свойства на твърдите сплавиТ а б л и ц а 7.1

Група Марка

Химичен състав, % Физико-механични свойства

\УС Т1С ТаС СоаОГ)

ЛШ /тгПлътност,

Л ^ /т 8Твърдост по

Роквел, скала А

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ВК2 98 — — 2 1 1 0 0 15 ,0-15 ,4 90,0

ВКЗ 97 — — 3 1 0 0 0 15,0— 15,3 89,0

ВКЗМ 97 — — 3 1 1 0 0 15,0— 15,3 91,0

ВК4 96 — — 4 1350 14,9-15,1 89,5

ВК4В 96 — — 4 1400 14,9—15,1 8 8 ,0

РЗ ВК6 94 — — 6 1450 14,6—15,0 88,5ог ВК6 М 94 — — 6 1350 14,8— 15,1 90,0а , ВК6 В 94 — — 6 1500 14,6— 15,0 87,5о

Ю ВК8 92 — — 8 1600 14,4— 14,8 87,5

ВК8 В 92 — — 8 1700 14,4— 14,8 86,5

ВК10 90 — — 1 0 1600 14,2— 14,6 87,0

ВК15 85 — — 15 1800 13,9— 14,1 8 6 ,0

ВК20 80 — — 2 0 1900 13,4— 13,7 84,5

ВК25 75 — — 25 2 0 0 0 12,9—13,2 83,0

Продължение на т а б л . 7.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Т30К4 66 30 — 4 900 9,5— 9,8 92,0

св Т15К6 79 15 — 6 1150 11,0— 11,7 90,0Ти

тапо

-зо

лфра

моЕ

Т14К8В 78 14 — 8 1250 1 1 ,2 — 1 2 , 0 89,5

Т5К10 85 6 — 9 1350 12,3— 13,2 88,5

Т5К12 83 5 1 2 1600 12,8— 13,3 87,0

, о л 0 5 ®X « §ТТ7К12 81 4 3 1 2 1600 13,0— 13,3 87,0

2 ~ к ■©■ Нн 4 *

ТТ10К8В 82 3 1 8 1400£^; 13,5— 13,8 89,0са н 1

З а б е л е ж к а . В — марка едрозърнести твърди сплави.М — марка'дребнозърнести твърди сплави.

| 2000 ^ 2000

•2 1600

§ 1200

§ 800 $

2

0 8 1В 24 32 40Съдържание ха кобал т, %

ка ВК-6 с едрозърнеста структура," притежаваща повишена жила- вост и по-ниска твърдост, а за обработка на бял чугун и други твърди материали се препоръчва сплав ВК-6 с дреброзърнеста структура, притежаваща понижена жилавост и повишена твърдост.

Върху механичните свой­ства на твърдите сплави ^ голямо влияние оказва съ­държанието на кобалт.Твърдостта и износоустой­чивостта им се понижават с увеличаване на съдър­жанието на кобалт, а якост­та на огъване и удар се повишават.

На фиг. 7.4 е показано влиянието на съдържание­то на кобалт върху якост­та на огъване на твърдите сплави. При волфрамови­те сплави повишаване на якостта на огъване се на­блюдава до съдържание на кобалт 28 %, а при вол- фрамо-титановите макси- мална якост се наблюдава при съдържание на кобалт 22—24 % . При по-ната- тъшно увеличаване на съ­държанието на кобалта якостта на сплавите се по­нижава.

На фиг. 7.5 е показана твърдостта на някои спла­ви при различна темпера­тура. Вижда се, че твър­достта на сплавите ВК и ТК при 750°С е по-висока от твърдостта на бързс- режещата стомана в сту­дено състояние, като ви­соката си твърдост те за­пазват почти до 1000°С,

Фиг. 7.4. Зависимост на якостта на огъване от съдържанието на кобалт за сплави \УС —

Со и WC — ИС'— Со при 20°С:1 — сплави \¥С — Со (среден размер на зърната на \УС — 3,3 дга); 2 — сплави ШС — Со (срецен размер на зърната ня WC — 4,95 длп); 3 — сплави У/С —

Т1С — Со (Т1С : ШС = 15 : 79)

20000<N1

15000§Зе00 10000а:5уСз 5000

£ 0 250 500 750 1000 Температура, °С

Фиг. 7.5. Изменение на твърдостта на твър­дите сплави и бързорежеша стомана в зави­

симост от температурата:у — твърда сплав Т1С — WC — Со (16% Т1С); 2 — твърда сплав ШС - Со (6% Со); 3 - бързорежеш»

229

докато бързорежещата стомана вече при 600°С значително по­нижава твърдостта си.

Волфрамо кобалтовите твърди сплави показват известна склон­ност към заваряване върху обработвания метал. Затова въпреки високата си твърдост и относително високата топлопроводност те не се препоръчват при обработка чрез рязане на метали, дава­щи дълга непрекъсната стружка. Понастоящем волфрамо-кобал- товите твърди сплави се използуват главно за обработка чрез рязане на метали, даващи крехка, прекъсната стружка (чугуни, бронзове).

Добавянето в състава на волфрамо-кобалтовиге сплави на из­вестни количества карбиди на титана, тантала, ниобия, ванадия оказва благоприятно въздействие върху свойствата им. Например при добавяне на титанов карбид вместо част от волфрамовия карбид рязко се намалява заваряемостта на стоманената стружка към твърдосплавния резец. Това се обяснява с факта, че титано- вият карбид образува тънък окисен слой върху нагретия участък на резеца, който препятствува заваряването на инструмента към стружката. В резултат на това волфрамо-титановите сплави из­държат на по-сурови условия на рязане. Добавката на танталов карбид към титано-кобалтовите сплави повишава тяхната устой­чивост срещу окисление и значително повишава тяхната износо­устойчивост. Установено е [9], че тантало титано-кобалтовите твърди сплави ТТ7К12, ТТ7К15 имат повишена якост и могат успешно да се използуват при грубо рязане на стомана с голямо сечение на стружката, а също така при прекъснато рязане на заваръчни шевове, където не могат да се използуват волфрамо-кобалтовите и титано-кобалтовите сплави.

Микроструктурата на твърдите сплави зависи от начина на получаването им и от състава. Изследванията показват, че във волфрамо-кобалтовите сплави карбидните зърна са разделени с кобалт, а в титано-волфрамовите сплави със съдържание 15% кобалт карбидните зърна образуват непрекъснат скелет и само при съдържание на кобалт над 15% карбидите образуват едри конгломерати, разделени с кобалт.

\/1.2. Твърди сплави за режещи инструменти

Използуването на твърдите сплави за изработване на метало­режещи инструменти е свързано с техническия прогрес в маши­ностроенето. Голямо влияние върху развитието на технологията

230

на металообработката имат точността, скоростта и производител­ността на рязането. Докато точността на рязане може да се по­виши чрез усъвършенствуване на конструкцията на струговете и прилагане на по-чувствителни методи на измерван?, скоростта на

1890г

•53 ^ 1 В Г

19008 19132 19302 19508

Фиг. 7.6. Увеличаваме на скоростта на рязане или намаляване на машинното време в процеса на развтие на п£°^ зв°дст^ ' то на режещите материали; стомана ьМ, Уии лдюМ Ш т2, диаметър на детайла 318 тш , дължина 660 ш ; условия на рязане - а = 5 т т , 5 = П тш /об, ч = 45

А - въглеродна стомана; Б - легирана инструментална стомана;А въг£ Р ^ д бързореже^ а схомана; Г - твърди сплави

рязане се лимитира изключително от материалите, които се и з­ползуват за изработване на реж ещ ия инструмент.

Режещите инструменти, ьзработени от въглерод...! кнструм н т а л н а стомана, допускат скорост на рязане на чугун, стомана бронз и д р у г и метали няколко метра в мину.а. Инструментитеизработани от легирана бързорежегца

„ „о пстаянр па се увеличи д о .20— 4и ш/шш. и ьнструм ени от „еталокерамични твърди сплапи мотат да се обработват менти от поуги материали със скорост на рязане 4 0 0 —Г00М“ ;™ Г и " лекиРУГИметалиР и сп л ави -съ с скорост 1000­

2000 ш/шш.

231

Използуването на твърдосплавен инструмент има редица пре­димства: увеличава се скоростта на рязане, съкращава се машин- ното време на обработка и времето, необходимо за пренаточване на инструмента, увеличава се производителността и се намалява разходът на енергия, подобрява се качеството на повърхността на обработваните изделия.

На фиг. 7.6 е показана диаграма, която дава представа за из­менението на машинното време за обработка чрез рязане на оп­ределен детайл в процеса на усъвършенствуване на режещите материали.

По икономически съображения твърдосплавните инструменти обикновено са съставни: от твърда сплав се изработва само ре­жещата част на инструмента, а останалите части (корпус или държач) се правят от обикновена стомана.

Въпрзейте на рязането, конструирането и експлоатацията на различни видове режещи твърдосплавни инструменти са разгле­дани в специализираната литература [1, 6, 11, 12, 13].

Новата класификация на марките твърди сплави, използувани за обработка чрез рязане, която е разработена на международна основа и приета от ISO (Международна организация по стандар­тизация), е показана в табл. 7.2.

j 7.3. Твърди сплави за износоустойчиви J инструменти

Тъй като твърдите сплави имат високо съпротивление срещу изтриване и износване, те намират широко приложение за изра­ботване на различни инструменти и детайли с голяма износоустой­чивост: изтеглячни дюзи, щампови инструменти, матрици, детайли на машини и уреди, работещи в условията на силно износване, детайли на контролно-измервателни инструменти и т. н.

Твърдосплавните изтеглячни дюзи се изработват или чрез пре­соване на студено с последващо спичане, или чрез горещо пре­соване. В първия случай полуфабрикатите (цилиндри или пръсте­ни) се пресоват, подлагат се на предварително спичане и чрез механична обработка се получава конфигурацията на дюзата, която след това се подлага на окончателно спичане. Чрез горещо пресоване обикновено се получават дюзи с окончателна форма и размери.

За изработване на дюзи се използуват главно волфрамо-кобал­тови твърди сплави със съдържание на метална свръзка от 3 до

232

Т а б л и ц а 7.2Разделяне на твърдите сплави за обработка чрез рязане на основни групи и подгрупи по използуване съгласно предложенията на М еж дународната организация по стандартизация (ISO ТС 29)

Основни групи сплави (означе­ние), маркиро­въчен цвят, ма­териали

Под­групи(озна­чение)

Характерниособености Обработвани

материали Експлоатационни условия

1 2 3 4 5

Р;си

н;ст

оман

а;

стом

анен

и от

ливк

и;

ковъ

к чу

гун,

да

ващ

непр

екъс

ната

ст

руж

ка

Р01

увел

ичав

ане

на ж

илав

остт

а

увел

ичав

ане

на из

носо

усто

йчив

остт

а и

твър

дост

та

или

скор

остт

а на

ряза

нестомана; стоманени отливки

чистово струговане и чистово пробиване; високи скорости на рязане, малко сечение на стружката, висока точност на размерите и високо качество на повърхността, отсъст­вие на вибрации

Р 101

стомана; стоманени отливкиструговане, фрезоване, обработка на копиро- вални устройства, нанасяне на резба; високи скорости на рязане, малко и средно сечение на стружката

Р20стомана, стоманени отливки; ковък чугун, даващ непрекъс­ната стружка

струговане, фрезоване, обработка на копиро- вални устройства; средни скорости на ряза­не, средно сечение на стружката, шепинго- ване при малко сечение на стружката

РЗОстомана; стоманени отливки; ковък чугун, даващ непрекъс­ната стружка

струговане, фрезоване, шепинговане; средно и голямо сечение на стружката; за работа в неблагоприятни условия

Р40 стомана; стоманени отливки (с включения на пясък и шупли)

струговане, шепинговане, издълбаване; малки скорости на рязане, голямо сечение на стружката, възможни са големи предни ъг­ли; за работа в неблагоприятни условия, частично за работа на автомати

Продължение на т а б л . 7.2

1 1 2 | 3 | 4 | 5

Р50стомана; стоманени отливки със средна и ниска якост и с включения от пясък и шупли

при най-високи изисквания за жилавост на твърдата сплав; струговане, шепинговане, нарязване; малки скорости на рязане, голя­мо сечение на стружката, възможни са го­леми предни ъгли; за работа на автомати и при неблгаоприятни условия1

М;

жълт

; ст

оман

а;

стом

анен

и от

ливк

и;

ман

­га

нова

тв

ърда

ст

оман

а;

леги

ран

сив

чугу

н;

ауст

енит

ни

стом

ани;

ко

вък

чугу

н;

сфер

о­ид

ален

си

в чу

гун

М 10У

вели

чава

не

на ж

илав

остт

а

Уве

лича

ване

на

изно

соус

тойч

ивос

тта

и тв

ърдо

стта

ил

и ск

орос

тта

на ря

зане

стомана; стоманени отливки; манганова твърда стомана; сив чугун; легиран сив чугун

струговане; средни и големи скорости на рязане, малко и средно сечение на струж­ката

М20стомана; стоманени отливки; аустенитни стомани; манганова твърда »стомана; сив чугун

струговане; фрезоване: средни скорости на рязане; средно сечение на стружката

МЗОстомана; стоманени отливки; аустенитни стомани, сив чугун; топлоустойчиви сплави

струговане, фрезоване, шепинговане; средни скорости на рязане; средно и голямо сече­ние на стружката

М40нисковъглеродна стомана; сто­мана с ниска якост; цветни и леки метали

струговане, фасонно струговане, отрязване; главно на автомати

К01сив чугун с висока твърдост; кокилни отливки (твърдост по Шор над 85); алуминиеви спла­ви с високо съдържание на силиций; закалена

струговане, чистова обработка и чистово пробиване, чистово фрезоване

Продължение на т а б л . 7.21 2 3 1 4 5<н

дава

щ

!и;

плас

<9 А Н

стомана; пластмаси: картон; ке рамика

вки;

ко

вък

чугу

н,

пиан

а; цв

етни

ке

та;

ни м

атер

иали К 10 е0ннооейСО•=:

%1

изно

соус

тсйч

ивсс

тта

и тв

ърдо

с:

[и ск

орос

тта

на ря

зане

сив чугун с твърдост над 2200 И В (М Й /т2); ковък чугун с прекъсната стружка; закалена стомана; алуминиеви сплави, съдържащи силиций; пластмаси; стъкло; вулканизиран каучук; твърд картон; фаянс; камък

струговане, фрезоване, пробиване, изглажда­не, шлифоване

8 2 ч. . 5 Б Е^ О « "

— К ^5 « аЕС с? К ■=? Лк « я» л и О СП >-»* о.

К20

соаз<иX<0саСО3*<=;<и

сив чугун с твърдост 2220 Н В (М И /т2); цветни метали (мед, месинг, алуминий); силно абра­зивна пресована дървесина

струговане, фрезоване, шепинговане, шлифо­ване, пробиване; за работа при повишени изисквания към жилавостта на твърдата сплав

сив

чугу

н;

та ст

руж

ка;

рвес

ияа

и д

КЗО

а я X<иXтасета£Г32Ч

сив чугун с ниска твърдост, стомана с ниска якост, пресо­вана дървесина

струговане, фрезоване, шепинговане, проби­ване; за работа при неблагоприятни усло­вия,1 възможни са големи предни ъгли

черв

ей

прек

ъс1

маси

, д

I " 5меко и твърдо дърво в естест­вен вид; цветни метали

струговане, фрезоване, шепинговане, проби­ване; за работа при неблагоприятни условия; възможни са големи предни ъгли

1 Нееднороден материал, променлива твърдост, променлива дълбочина на рязане, прекъснато рязане, рабо­та при наличност на вибрации, изделия с направилна форма.

*(

/ • I-к * V

15%. Колкото са по-големи размерите на дюзата, толкова по-ви­соко трябва да е съдържанието на цементиращия метал. Така например от сплав ВК6 се изработват дюзи с диаметър до 10— 15 тгп; за дюзи с диаметър до 120 ш т се използува сплав ВК10, а за дюзи с диаметър до 220 ш т и повече — сплав ВК15.

Незначителни добавки от ТЮ или ТаС (>1ЬС) рязко намаляват склонността на изтегляния метал към налепване по канала на дюзата. Понастоящем за изтегляне на волфрамова и молибденова жица се използуват главно сплави от типа иЮ — ТЮ — Со със следните състави: 88 % ШС; 7 % ТЮ; 5 % Со или 88 % "МС; 9 % ТЮ; 3 % Со, а също така 78% \УС; 16% ТЮ; 6 % Со [14].

В табл. 7.3 са посочени основните характеристики на твърди­те сплави, които най често се употребяват за производство на из- теглячни дюзи в западноевропейските страни [6].

Т а б л и ц а 7.3Характеристики на някои твърди сплави за изтеглячни дю зи

Състав на сплавта (%) и метод на получаване

Плът­ност,Mg/m3

Твър­достНУ,

ЛШ/т8

Якостнаогъва­не,

1УШ/т2

Якостнанатиск,MN/m2

Модул на еластич­ност. ЛШ/т2

Коефициент на линейно разширение а . 10-°, с ^ - 1

97 АУ С + 3 Со, горещо пресоване 15,5 19000 1 2 0 0 6000 67 1 0 « 594 W С + 6 Со, пресоване и спичаке 14,8 16000 1700 5000 60. ICi 594 Ш С + 6 Со, горещо пресоваке 15,1 16500 1500 5500 62. 1 0 4 591 \У С + 9 Со, пресоване и спичане 14,7 15000 1900 4800 59 . 1 0 * —89 М С + 11 Со, пресоване и спичане 14,2 14000 2 0 0 0 4600 58. 1 0 4 5,587 АУ С + 13 Со, пресоване и спичане 14,1 13500 1 1 0 0 4500 56. 1 0 4 _

86 W С + 5 ИС + 9 СО, пресоване и спичане 13,3 16000 1600 4600 59. 1 0 4 5,5

1

Използуването на твърдосплавни дюзи води до значително увеличаване на производителността на изтегляне. Така наприме_р,

236

докато през твърдосплавна дюза може да се изтеглят 1000 kg стоманен тел, през дюза от инструментална стомана се изтеглят само 50—60 кд [15]

Напоследък твърдите сплави започват да се употребяват за изработване на щампови инструменти, малогабаритни прокатни валци и други инструменти за пластична обработка на металите под налягане. За направа на щампови инструменти се използуват твърди сплави с високо съдържание на кобалт (ВК 15, ВК 20, ВК 25), които имат високо съпротивление срещу разрушаващите сили при щамповането и осигуряват получаването на изделия с чиста повърхност. Експлоатационната дълготрайност на твърдо­сплавните щампи превишава тази на стоманените над 40 пъти.

Използуването на твърдите сплави за изработване на контрол­но-измервателни инструменти е свързано с увеличаване на срока на постоянство на размерите на инструмента при дълготрайно използуване. Обикновено стоманените инструменти вследствие на малката си износоустойчивост сравнително бързо загубват точ­ността на размерите си и стават непригодни. За да се повиши точността и увеличи срокът на експлоатация на измервателните инструменти, върху работните им части се запояват твърдосплав­ни пластинки.

^ 7.4. Твърди сплави за рудодобивни инструменти

Твърдите сплави в много голямо количество (около 40 % от общото производство) се използуват в рудодобивната промиш­леност. Високата твърдост, голямата износоустойчивост, задово­лителната якост и жилавост на твърдосплавните инструменти дават възможност да се увеличат скоростите на пробиванеи производителността на труда в рудодобива и каменовъглената промишленост над 6 пъти в сравнение гъ-г скоростите, които се достигат при използуване на стоманени инструменти. Използува­нето нй 'гвърдйТе сплави за рудодобивен инструмент позволи да се създадат не само по-съвършени конструкции на инструмента, но и да се премине на многоцикълна работа в мините и широко да се внедри многозабойното пробиване.

Експлоатационната устойчивост на инструментите, изработени от твърди сплави, превишава устойчивостта на стоманените 50— 100 пъти, като разходите за пробиване се намаляват около 4 пъ­ти [16].

Във връзка с голямото разнообразие на пробивно-сондажните

237

работи понастоящем за нуждите на рудодобива се използуват най-различни марки твърди сплави. По принцип пробиването мо­же да бъде въртеливо или ударно. Затова твърдите сплави за инструмент за въртеливо пробиване трябва да имат висока изно-

Фиг. 7.7 Твърдосплавни коронки за ударно про­биване с различна форма на работната част

соустойчивсст, а сплавите за инструмент за ударно пробиване на ред с високата износоустойчивост^трябва да притежават и доста^

Фиг. 7.8. Твърдосплавни резци за въртеливо пробиване:

а — на скални породи; 6 — на каменни въглища

тъчна жилавост. Най-разпространените марки* волфрамо-кобалтови твърди сплави за въртеливо пробиване съдържат 5—8 % кобалт, а за ударно пробиване— 10—15%- Твърдите сплави се закрепват

238

върху работните части на рудодобивния инструмент по механи­чен път, чрез запояване или чрез наваряване на твърдосплавен слой с помощта на токове с висока честота.

Различни конструкции коронки с твърдосплавни вложки за инструмент за ударно и въртеливо пробиване са показани на фиг. 7.7 и 7.8.

7.5. Диамантени праховометалургични инструменти

Извънредно ценните качества на диаманта (голяма износо­устойчивост, висока твърдост и добра топлоустойчивост) създа­ват предпоставки за търсене на технологични методи за изработ­ване- на диамантени инструменти. Приложение са намерили два

' принципно различни методаГ*"” *~Механичен метод — запресоване. завалцоване или натриване

на диамантни зърна в работната повърхност на инструмента.Г^Праховометалургичен метод — пресованр и гпичянр ня пия-

мантено-мр-^япня пряхппбразна шихта в ъ п х у работната повърхност на инструмента.■— 'Понастоящем--основната част от диамантените инструменти се изработват по метода на праховата металургия. Технологията се състои от. следните етапи: " * * -,~~'~аГТ)риготвяне на металната прахообразна шихта^ Като изход­ни прахове за изработване нгГ диамантен инструмент се използу­ват прахове на волфрам, кобалт, мед. Лшоаз, алуминий, плгшп След оедуцисане_ на праховете във волоролня ятмосфрря и пре­сищането йм през сита номер 0063—0056 се приготвя прахооВраз-^ на мртялня' тпиутя-н нужните пропорции, която,се подлага на про­дължително хомогенизиращо смесване. . ^' б. Приготвяне на диамантения. драх. Тази операция се състои

в изситняване на техническите диа^янти до чягтигш. г определениразмери. 7 ~ ~~~ "

\ в. Смесване на диамантения прах с определена зърнестост с I металната шихта до получаване на еднородна диамантено-метална | прахообразна смес.

“7------ гГ И зработвя не и подготовка на стоманената основа на.инстру-^мента от въглеродна или легирана стомана. За създаване на по- добра връзка между диамантено-металната шихта и стоманената основа върху повърхността на основата се нарязват канали.

д. Пресоване на студено. В монтирана специална пресформа

239

се насипва равен слой шихта; върху нея се поставя стоманената основа и отново се насипва шихта. Чрез поансон шихтата се пре­сова при налягане 12—15 М И/т2 (120—150 а^ в продължение на 2—3 минути.

е. Спичане. Извършва се в камерна пещ заедно с пресформа- та при температура '800°С в продължение на 20—30 минути.

ж- Пресоващ н& горещо.. Нагрятата пресфорка. се изважда от пещта й! 1 ивт(Тр"Н(Г е пресова на горещо при налягане 6—9’ М Д/т2 (60—90 а!) в продължение на 2—3 минути, след което инстру­ментът заедно с пресформата се охлажда до стайна температура.

Диамантеният режещ инструмент, изработен' по описаната тех­нология, е извънредно производителен и устойчив. Така например при обработка на бутала срокът на експлоатация на диамантени­те резци е 400—450 пъти по-голям, а производителността — око­ло 2000 пъти по-голяма, отколкото при резците от твърди спла­ви, като при това качеството на обработената повърхност е по- добро [17].

Освен за режещи инструменти .диамантено-металните сплави намират широко приложение за изработване нТ"~инструменти за сондиране и рудодобив — коронки, фрези, длета.

ГЛАВА 8

ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИ ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИМАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ

Развитието на техниката в последните години — създаването на атомни реактори, високотемпературни газови турбини, свръх­звукови самолети и ракети — наложи да се използуват материали, издържащи на високи температури. Изискванията по отношение на тези материали при работната температура са доста строги: висока механична якост и отсъствие на пластична деформация, устойчивост против окисление и корозия. При разработването на тези материали голяма заслуга има праховата металургия. Създа­дени бяха редица високотемпературни материали на основата на труднотопимите метали (Ш, Мо, Та, Т1, 1\ГЬ и др.), на трудното- пимите съединения (карбиди, бориди, нитриди, силициди) и на дисперсноуякчените материали.

240

8.1. Материали и изделия на основата на труднотопими метали

Високотемпературната устойчивост на металите е свързана пряко с тяхната температура на рекристализация, тъй като р(-кристали­зацията е съпроводена с рязко понижаване на съпротивлението срещу деформация. Обикновено температурата на рекристализа­ция на металите зависи пряко от температурата на топене (Тт) и има стойност (0,3—0,4) Тг . Поради това високотемпературните сплави на основата на труднотопими метали превишават във вся­ко отношение високотемпературните лети сплави на желязна основа.

Получаването на труднотопимите метали и сплави беше опи­сано в 5.3. Тук ще разгледаме приложението им като високотем­пературни материали.

Волфрамът и молибденът с прибавки от "П, 2т, V, ИЬ и др. се използуват за изработването на детайли на авиационни газови турбини и на ракетни двигатели — лопатки на турбините, горивни камери, дюзи. За целта се използуват и сплави на рения с Ш, Мо и Та [1], танталови сплави със състав 90% Та, 10% 80% Та, 10% 10% Ш, както и хафниеви сплави [2]. Тъй като волфрамът и особено молибденът бързо се окисляват при работни условия, често се прибягва до нанасяне на устойчиви срещу окисление покрития (например Мо512( сплави от вида А1— Сг—^ N1—Сг—В или N1—51—В) върху повърхността им. По то­зи начин работната температура на молибдена в окислителна сре­да може да надвиши 1400°С [1].

Волфрам-медните и волфрам-сребърните псевдосплави (тяхно- то получаване е описано в 9.2) се използуват като изпарителни охладители на обшивката на ракетите за предпазването й при влизане в плътните слоеве на атмосферата. Те се използуват и за охладителна облицовка на високотемпературните горивни ка­мери на газовите турбини. Принципът на действие на изпарител­ните охладители е следният: при големи термични натоварвания медта или среброто на повърхността на псевдосплавта се сто­пяват и изпаряват, което е свързано с поглъщане на топлина, т. е. с понижаване на температурата на волфрама.

Труднотопимите метали и сплави се използуват с успех при енергетичните ядрени реактори като конструктивен материал, ка­то запазват якостта си при температури до 800°С. Те са устой­чиви и срещу действието на течните метални топлоносители от вида на оловно-бисмутова сплав или литий [1].

16 Праховата металургия в машиностроенето 241

Титанът и неговите сплави изместват в машиностроенето ви­сокотемпературните лети сплави на желязна основа. Това се обяснява с голямото разпространение на титана в природата и универсалността на физико-механичните му свойства. Титанът и неговите слави, получени по праховометалургичен път, имат ви­сока корозионна устойчивост, нигка~плътност (4500 kg/ш3) и ви­сока якост. Това обуславя високата им относителна якост (отно­шението между якост и плътност).

8.2. Материали и изделия на основата на труднотопими металоподобни съединения

Труднотопимите съединения, основен компонент на металоке- рамичните високотемпературни сплави, представляват съединения на преходните метали (W. Mo. Ti, Nbr Тя. Уг, Г- и дрЛ с въгле­рода (карбиди), с бора (бооидиУ с азота (нитриди)и със силиция Гсилициди). Особеност на електронния строеж на преходните ме­тали е наличността на незавършено вътрешно af-ниво при запъл­нено s ниво. Съединенията им с въглерода, бора, азота и силиция не се подчиняват на законите на химичната валентност и имат явно изразен метален характер.

Металоподобните твърди и труднотопими съединения се ха­рактеризират със следните свойства [3]:

ф Пигокя температура на топене, която е близка до темпера­турата ня ТППРНР НЯ ИЪГЛРрПТТЯ И НЯ НЯКОИ ТРУДНОТОПИМИ метали,като волфрам (3380°С). рений (3180°С), а в рякои случаи е и по- висока (NbC — 35С0°С. HfC — 3890°С, ТгС — 3780°С).

ф Много висока твърдост (по салата на Моос те заемат междинно положение между корунда и диаманта, т. е. между .9 и HÏL

(6Р Висока химическа у с т о й ч и в о с т .гдО М рт я л рн характер (блясък, термични и електрически свой­

ства. близки до тези на металите).(§) Способност към свръхпроводимост.(6J Способност да се сплявя-г г мртялнтр пт групата на же­

лязото.' Металоподобните съединения на въглерода и азота с преход­ните метали се отнасят към т. нар, група „фази на внедряване Техните кристални решетки са от типа на твърдите разтвори на внедряване, като атомите от металоида (въглерод, азот) при опре­делено съотношение на големините на атомните радиуси на ме­тала и неметала се разполагат между металните атоми.242

С бора и силиция преходните метали о б п а зу р ят сър диненияС ПО-СЛОЖНИ КрИГТЯЛНИ рРШРТКИ

Основен отличителен белег на труднотопимите съединения е високата им топлоустойчивост. т. е. съпротивление срещу пълзе­не при високи температури. Това свойство се определя от висо­ката якост на междуатомните връзки и~ заклинвашото действие на внедрените атоми, което повишава съпротивлението срещу де­формация. С това се обясняват високата твърдост и крехкост на тези съединения. ' 1 ‘

Най-важните свойства на труднотопимите съединения — топло­устойчивост, устойчивост срещу окисление и термоустойчивост, определят възможностите за използуването им като високотемпе­ратурни материали. Да разгледаме по-подробно тези свойства.

Топлоустойчивостта, както беше изтъкнато по-горе, е спо­собността на материала да се съпротивлява срещу пълзене при повишени температури и е пропорционална на здравината на меж­дуатомните връзки, която от с е о я страна може в известна сте­пен да се характеризира с температурата на топене, твърдостта и модула на еластичност. Колкото по-високи са тези показатели, толкова по-висока е топлоустойчивостта. Ако разположим трудно­топимите съединения по намаляване на тяхната топлоустойчивост, ще получим следния ред: бориди — карбиди — силициди — нитриди.

В табл. 8.1 са посочени сравнителни данни за свойствата на някои материали, като топлоустойчивостта е изразена чрез голе-

Т а б л и ц а 8.1Свойства на някои материали

Материал

Въглеродна сто- а

Никелова тогио- устоячьва сплав

Титанов нитрид Молибденсв си­лицид

Т и танов к ар бид Т и танов б о р и д

ТвърдостИ В .

ЛШ/ш2

Модул на еластич­

Темпера Т^рл на топене,

«с

Топлоустойчявост <71 оо# МЫ/т2, при температур), »С

ност,М Л /т2 500 1200 20ЭЭ

околоЬОО 8 0 -1 0 0 1 0 — 2 0

19 00018.10^

256. .0»

ск оло170029.0

180—200 14.)— 180

4 0 - 50 80— 100 20—30

12 910 31 0 0 0 33 700

43.1С4 46.104 54.К 4

2030 31 сО2980

120— 1401 80-2002 0 0 — 2 2 0

60— 81 120— 140 140— 161

1 0 — 2 040—5050—60

243

мината на натоварването, което образците издържат без разруша­ване в продължение на 100 часа при различни температури.

Устойчивостта срсщу окисление е способността на материа­ла да се съпротивля а срещу деиствиею на кислорода при висо­ка температура. Материалите с висока устойчивост срещу окис­ление образуват плътен и здрав окисен слой върху повърхността си. койт > ги предпазва от по-нататъшно окисление.

Характерът на окисните слоеве, които се образуват върху труднотопимите съединения при нагряване до висока температу­ра, е различен. По правило усложняването на химичния състав во аи до подобряване на защитните свойства на окисния слой. Например устойчивостта срещу окисление на сплавта |ПВ?4-'ПС е по-висока от устойчивостта на чистия 'ПС. а устойчивостта срещу окисление на сплавта 'ПВй-|-Т1Сг дргиряня~г~1й7Гпиблрнпи дисилицид М^)^, е още по-висока. Върху титановия карбид при окисляване се образува слой от ТЮ +ТЮ 2, върху сплавта ’ПВ2 + -ЬТЮ — слой от 'П 0+ТЮ 2 + В20 3, а върху същата сплав с до­бавки на молибденов дисилицид — слой от ТЮ-1-ТЮ2+В 30 3 + 5Ю2, в който компонентите взаимодействуват помежду си, като обра­зуват сложни комплекси с високи защитни качества.

Ако труднотспимите съединения се разположат по намаляване4 на устойчивостта срету окисление, ще се образува следният ред: бориди — силициди — карбиди — нитриди. Боридите и силицидите могат да работят достатъчно дълго време без съществено окис­ление при температури над 1000°С.

Термоустойчивостта е способност на материала да противо­стои на разрушаване под въздействието на резки топлинни уда­ри. р азрушаването е свързано с появяване на локални напреже- нйя в материала и образуване на пукнатини под въздействието на тези напрежения. Природата на термоустойчивостта е доста сложна. Тя зависи от много фактори, от които най-важни са топлопроводността, големината на коефициента на линейно раз­ширение, якостта, плътността, степента на анизотропия на кри- сталната решетка, степента на дисперсност на микроструктурата, геометрията на изделието и пластичността. Обикновено термо­устойчивостта се повишава с увеличаване на топлопроводността, якостта и пластичността и с намаляване на коефициента н ел и ­нейно разширение и плътността. Грубокристалните тела имат по- висока тгрмоустойчивост от финодисперсните.

Трупнотопимитр—г^ рпинрния в повечето случаи имат лоша термоустойчивост,. което се дължи на високата им кпехкогт и относително малката топлопроводност. По намаляване на термо-

244

устойчивостта те се разполагат в следния ред: нитриди — карби­д и — сил цид и — бори ди.

Засега труднотопимите металоподобни съединения нямат ши­роко приложение в промишлеността, макар че през последното десетилетие тяхната употреба рязко се увеличава р ъ в връзка с развитието на такива отрасли на техниката като тежкия химичен синтез, ядрената енергетика, ракетостроенето и др.

Най широко са изследвани и са получили практическо прило­жение материалите на основата на труднотопимите карбиди (глав­но титановият карбипУ цементирани с различни метали и сплави (никел с хром, молибден, кобалт и други добавки). Те имят от­лична топлоустойчивост. механична якост и корозионна устойчи­вост. Известни са под търговската мапка WZ и се използуват за изр ботване на детайли на помпите за транспортиране на течни химически реагенти, лопатки на газови турбини, дюзи и пр. В САЩ се произвеждат топлоустойчиви сплави от циркониев (боро- лит I) и хромов (боролит III) борид, цементирани с метална свръз­ка. Тези сплави имат отлична устойчивост срешу окисление, но са по-крехки и имат по-ниска термоустойчивост от карбид­ните [4].

Напоследък голямо значение за високотемпературната техника придобиват неметалните труднотопими съединения от тройните системи В—Si—С, В — N — С, N — Si — С и др. [5, 6].

За получаване на изделия от труднотопими съединения се из­ползува главно метод кт на горещо пресоване. Например изделия­та от бориди се получават при следния режим: температура 2200—2500°С, налягане 10— 13 MN/'ra2 (100—130 kg/cm2) и за­държане за 5— 15 минути [7].

Перспективно е използуването на труднотопимите съединения за защитни покрития върху графит и други високотемпературни материали, които имат малка устойчивост срещу окисление [8, 9].

8.3. Дисперснозаякчени материали и изделия

Към материалите от този тип се отнасят композициите на ме- ^алнй основа, в състава на които!<ато'заякчавагц компонент са до­бавени т р у д н о т о п и м и финодисш- осни окиси. Тяхното количество обикновено не превишава К р 4 5 °/0. Като~метална основа се из­ползуват алуминий, никел, магнезии. хром, волфрам, молибден и рртгипа други метали.

По своята структура тези материали се разделят на две групи:

245

материали, в които окисите образуват непрекъснат скелет, обкръ­жаващ зърната на основния компонент, и материали, в които ^ркисите са разпределени равномерно по цялата маса на метала във вид на дисперсни дключрнмя Пп-пшрпк-п разпространение имат материалите от втората група.

Ако като заякчаващ елемент се използува природният окис на метала на основата (например А1ч-А1оОЛ заякчаващото действие на окиса почти не зависи от характера на структурата. Ако в ком- позинията-изкуе-твено са—длбавя окис на д руг метал (например М + ТЮз), заякчаващото действие на окиса е значително по силно, когато той образува непрекъснат скелет. '

Степента на заякчаване~на металите с окиса зависи силно от.. разликата ня трмерятуритр на топене ня метала и окиса. Така на­пример в композицията А1 + А120 3 степента на заякчаване е зна­чително по-висока в сравнение с композицията Сг-1-А^О, тъй ка­то температурите на топене на А1 и А120 3 се различават почти с 2000 с ^ , докато във втория случай тази разлика не превишава 500 с ^ . Разликата в температурите на топене на метала и оки­са играе особено съществена роля, когато окис-ът образува не­прекъснат скелет и блокира зърната на метала,"'кьто създава по този начин препятствие за развитие на процеса на пълзене.

Скелетният тип структура в дисперснозаякч^ните материали се образува значително по-рядко, отколкото структурата, в която частиците на окиса се разполагат между частиците на м е т а л а . За" да с е п о л у ч и скелетен тип структура, окисите тряова да се до: бявят не чрез механично смесване, а от разтвори на соли (най-­добре органични) с последващо накаляване иоОразуване на по­върхността на частиците на съответни окисни слоеве.

Характерът на взаимп действие мр-яглу мртядя и луигя-д . пие, перснозаяКчените материали има голямо значение. Тук са възмож­ни три основни случая Г101: ’

^ р Взаимодействието между метала и окиса е чисто механично и се състои в сцепление между частиците. Този случай е сравни­телно рядък; като пример може да служи композицията Си+АЬОя.

(2) Взаимодействието има физикохимичен характер. О к и п ^ пп- бавен в композицията, образува разтвори с тези природни окиси, които"покриват с фин слой зърната на метала. Типичен пример за такова~взаимодействие е системата Сг-кЛ12Оа. Върху частици­те на хрома винаги има тънък слой от 0г9О3, който е изоморфен с А1;Оз и образува с него непрекъснат ред твърди разтвори.

(^^Взаимодействието има чисто химнчеи уяряк-тр_р. И този слу­чай на границата метал—окис се образуват шпинели, т. е. хими-

246

чески съединения от типа Ме'х Ме"у Oz , където с Ме' е означен основният метал, с Ме" — металът, влизащ в състава на изкуст­вено добавения окис. "

Съществено влияние върху здравината на връзката на метала-' с окиса оказва характерът на повърхностното взаимодействие на границата метал — окис. Колкото по-добро е умокрянето на окиса с метала, толкова по правило е по-здрава връзката между тях.

От всички дисшрснозаякчени материали най-добре е изследва­на изнамерила приложение в практиката композицията А1-|-А120я, т. нар. САП (спечен алуминиев прах). ~ ”

исновни"качества на САП са високата му топлоустойчивост и механична якост. Якостта му при стайна температура е 350— 400 MN/mö (35—40 kg mm2), а при температура над 350°С той превъзхожда по якостни характеристики всички стареещи сплавина алуминиева основа. Изделията_пт САП се произвеждат—нопраховометалургична технология — пресоване на изходния прах, спичане на пресованите изделия и последваща обработка на спе­чените изделия под налягане.

Изходният алуминиев прах трябва, да бъде финодисперсен — средната големина на зърната не трябва да превишава 0 3 —0,4 jm. Основен метод за получаване на такава пудра е механичното изситняване в мелници на грубозърнест алуминиев прах с едрина на частиците— 100 {im, получен чрез разпрашаване. Продължител­

*,». ността на смилане е обикновено 20 — 40 часа. Вследствие на ви­соката пластичност на алуминия частиците на пудрата получават форма на тънки люспици. Насипната маса на пудрата е (1,0—1,4).103 kg m3. За да се предотврати самозапалнането на праха при

смилането, работното пространство на мелницата се запълва със смес от азот и 2—8 % кислород, а за да се избегне конгломери- рането на алуминиевите частици, се добавя 0,5—1,5% стеарин. В процеса на смилане прахът се окислява, като готовата алуми­ниева пудра съдържа 8 —20% алуминиев окис. Колкото по-висо­ка е лиспелгносття на пудрата, толкова по-високо е съдържание­то на А120 3. Размерът на включенията на А^Од^е около 0.2 0,5 р,т, а средното разстояние между тях ■—<1,0 jxm. Якостта на изделия­та от САП расте с повишаване съдържанието на Al2Oä в сплав­та до 20% ; по-нататъшното увеличаване на съдържанието 1на Ä12U3 води до намаляване на якостта.

Брикетите от алуминиева пудра се пресоват на хидравлични преси в алуминиеви патрони. В процеса на пресоването е необхо­димо да се постигне частично разрушаване на окисния слой върху частиците на праха и по този начин да се създаде мета-

247

лен контакт, без който процесът на спичане не протича доста- тъчно активно. Това се постига при налягане на пресоване 300— 700 MN/m2 (30—70 kg/mm2).

След брикетиране получените полуфабрикати предварително се нагряват в продължение на 2—3 часа в електрически пещи при 500—550°С, при което стеаринът изгаря и алуминиевият прах допълнително се окислява. По-нататък брикетите се пресоват на горещо при налягане 400—500 MN/m2 (40—50 kg/mm2) със за­държане в нагрято състояние в продължение на 3—5 минути.

Получените по такъв начин полуфабрикати се обработват на струг, за да се отстранят остатъците от алуминиевия патрон, и повърхността им се подлага на шлифоване. След това те се вал­цоват на листове или се изтеглят на пръти. Тези операции се извършват по общоприетите методи; преди валцоването или из­теглянето полуфабрикатите се нагряват до 400—450°С.

Свойствата на обработения материал зависят съществено ог степента на деформация. С увеличаване на степента на деформа­ция до 60—75% якостта на изделията от САП се увеличава. По нататъшното увеличаване на степента на деформация не изменя, а понякога дори понижава механичните свойства на сплавта.

I

300200

100

л

t

Време, h

Фиг. Р.1. Топлоупйчквост на САП и ти- танови сплави np:t 30ь°С:1 — ВД 17; 2 — Д20; 3 — САП

Както беше отбелязано по-горе, основната особеност на САП е неговата топлоусгойчивост. На фиг. 8.1 са посочени кривите, показващи устойчивостта на САП при 300°С в сравнение с тита- новите сплави.

248

В табл. 8.2. са посочени физико-механичните свойства на де­формиран и отгрят САП.

Т а б л и ц а 8.2 .

Ф изико-механични свойства на САП

Физико-мехачични свойстваТемпература. °C

20 30)

Плътност, Mg/m3 Твърдост И В, MN/m2 Якост

на огъване, MN/m2 на опън, MN/ma на удчр, kJ/m3

Модул у а еластичност Е, MN/m2 Ö i носителю удължение, °/с Коефициент на линейно разширение (20—500°С) и .Ю -6, deg- * Топлопроводност (20 —500°С),W/m. deg ^cal/con.s deg)

2,71 0 0 0 - 1 1 0 0

210—230 320 - ЗпО

1 - 1 , 1 (70—72'. 1С3

8 - 1 0

22—23 172 - 4 ) 2 0 ,4 -0 ,9 6

130— 150 180-240 0,5—0 ,6

(48—50,.103

Понастоящем изделия от САП се произвеждат във вид на тръби, листове, пръти, профили, които се използуват в самолето- строенето, ракетната техника, строителството и други отрасли на промишлеността за обшивка и различни носещи констр^кцьи.

От другите дисперснозаякчени материали, които още не^са намерили широко приложение, но представляват значителен ин­терес, трябва да се споменат композициите: ,у ,Д|’

Сг — М еи~йдруги от аналогичен тип [11].

с7ГЛАВА 9 'ЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИМАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ

Праховометалургичните материали намират широко приложе­ние в електротехническата промишленост. Внедряването на мето­дите на прау^^ятя метялурцая-в-елвк^ротехн^ката води~до-иконо- мия~на скъпи и дефицитни ™......... ..

249

дителността на труда и до получаването на нови висококачествени електротехнически материали със специфични свойства, които не могат да бъдат получени по други методи.

9.1. Електронагревателни елементи

За нагреватели на високотемпературни електрически пещи намират приложение труднотопимите метали,, главно .вожЬвам и молибден, получавани по методите на праховата.-метал-ургия-.-- Особено широко се използува молибденът. тъй като той има значителна якост при високи т£М~пераТури,' добра електропрово­димост и дава възможност за изключително високо повърхност- но натоварване на проводника! Като нагревател мпли^прнътсе използува в пеши с температура до 1800—2000СС, а волфрамът — в пещи, работещи при 2200—Л)С0“С. Основен недостатък на молибденовите и волфрамовите нагреватели е лесното им окис-дяване при киггжи трмпрддг^£И. Ето аа1цо тези нагреватели могат да работят само във вакуумили в защитна атмосфера — от во-порпЛ. П И Г О Т Т И И р Я Н Я И П Н Я У И Т н.

’’"Освен от чисш труднотопими метали по методите на прахо­вата металургия се изработват специални устойчиви на окисление едекторнагревателни елементи на основата на титанов карбид — работещи при температура до 1100°С, на основата на силициев карбид (силитови) — работещи" без защитна среда до 1300°С, на основата на молибденов дисилипип {'суперкантялоии^ — работещи при температура до 1700°С. Има съобщения за разработване на нагреватели на основата на танталов карбид, циркониев двуокис и др., осигуряващи работна температура над 2000еС.

В НИТИМ е разработена технология за производство на си­литови и суперканталови електронагревателни елементи [I, 2].

Физичните свойства на тези електонагревателни елементи са посочени в табл. 9.1.

Предназначението на контактните материали е да затворят веригата на електрическия ток в даден момент, като поемат за кратко или по-продължително време върху себе си неговото провежданеГй впоследствие (при необходимост* отново да отво­рят тази верига и да прекъсват тока. Използуват се нашироко в

9.2. Контактни материали

250

Т а б л и ц а 9.1

Физични свойства на силитовите и суперканталовите електронагревгтели

Наименование и типоразмер Порестост, % Електгич^ско съпротивление пр* 1400‘>С, Q \

Якост на огт-вяне,

MN/ш»

Силитови8X 150 (75) 2 0 — 2 1 3,6+10 % 20—258X150 (15е) 2 0 - 2 1 3.6+ 10 % 2 0 -2 5

14X300 (250) 2 0 — 2 1 2 .6 + 1 0 % —18X300 (350) 2 0 - 2 1 1 ,8 + 1 0 о/о —Суперканталови

МД—6X180/100 5— 8 0,22 (при 1500°С) 2 4 0 -2 7 0

различни апарати и съоръжения на електротехниката, при авто- матичното регулиране, в телекомуникациите, кибернетиката и др. и служат за превключване на електрически ток както с малка мощност (няколко вата при телефонните релета), така и с голя­ма мощност (стотици хиляди киловати при маслените прекъсвачи). Основно изискване по отношение на контактните материали е да бъдат сигурни при работа и дълговечни. В редица случаи те трябватЩ изйършват до няколко милиона цикъла ьа превключ­ване, без да ге износят. Тяхното износване се обуславя най-вече пт онрргндта^а р ^р ^р рчегкятя лъга, възникваща между контак­тите при включване и изключване. Вследствие на това материалът частично се стапя и изЪарява или се пренася от единия надру- гия контактРВъзмижни е износване на контактите и ^1Щ_отсъГст- вйе~шГ~д,ъга. Това се наблюдава при изключване на контактите, когато контактуващата повърхност между тях непрекъснато се намалява и съответно плътността на тока се увеличава. Достйга бе”до такъв момент, при~~който в малкото останали точки на

^контактуване плътността на тсгка достига до няколко хиляди ам- "пера на сгои и в тези точки материалът на контакта се стопява.

Между контактите се образува капка течен метал, която прй"-!!^ нататъшиото отдалечаване на контактите се удължава и изтъня-

~~ва (ооразува се т. нар. метален мост)Г~ В с л е д с т о и е _ да_това__плът- ногття 'ня''тп^"н а^стваГ още повече и може да се достигне до изгЩяванегсГ на метала^_Няма да се спираме подробно на различ- ните"явления, които предизвикват износването на контактите, и влиянието на’ различните параметри на тока върху това износва­не. По тези въпроси има подробни изследвания [3—9]. Към кон­тактните материали обаче освен висока електрическа кзносоу-

2 5 1

Вид псевдосплав

Химичен състав, %Плътност,

Ме/ш®Ag м Си У СрО Графит

А й — N4 70 30 9,65А й - N1 ео 40 — — — — 6,45А ^ — Г( афит 98—92 — — — — 2 - 6 8,77—7,42А й — графит 85 — — — — 15 6,1Р й — CdO 90 — — — 10 — 9,7А й —( 6 0 85 — — — 15 — 9,5W—Ай 50 2 — 48 — — 12,6-13,6Щ— Ац 25 2 — 73 — — 15,8Ч 1 -С и —. 3 30 67 — — 13,5—13,7V/—Си — 5 15 80 — — 15,1-1^,6Ш -Си — . 6 4 90 — — 16.5—17,3

w — 1 — 99 — — 18,5—19,01

\ I стойчивост се предявяват и други изисквания: ниско електриче- \ ско съпротивление на материала на контакта и ниско контактно елек­

трическо съпротивление между два включени контакта; отсъствие на заваряемост между контактите; термична и химична у с т о й ч и в о с т

и висока топлопроводност. Засега няма контактен материал, който да отговаря едновременно на всички тези изисквания. С оглед на това в зависимост от експлоатационните условия се подбира оптимален състав за контактния материал. Досега са разработе­ни голям брой състави за контактни г/атериали. По правило кон­тактите. пррркчтчнгтти— и средни мощности /до стотина киловата), са на сребърна основа, а тези за високи мощности —на~ волфрамова и молиблрнпия__огно.ва. Първите се изработваткакто от лети и валцовани или изтеглени метали и сплави (А^ А я — Си, Ае— Сс1, Ад:— Рс1. Р1:— Лг и-ЛР-Ь-така и от рраховомртя- .пургични п г р й п п г п л я в и (Ag— №, A g — CdO, А ?— СиО. Ар-— гпаФит и др.). Високомощните контактни материали се изря^птратл-пклк1- чительо по- праховометялургкчрн път. В табл. 9.2 са дадени съ­ставът, физико-механичяите свойства и приложението на най-из- ползуваните в практиката контактни материали. За по-големи подробности по получаването на контактните материали и за областите на приложението им и оптималните режими на работа могат да се използуват редица статии и монографии [3 — 17].

Високомощните контактни материали_представллват- псердоспл*§йи~1зт вида Си -N 1 Мо—Си—№ и л и W—Мо—Си—

252

Т а б л и ц а 9.2

Т в-ьрдост H V , MN/m*

Специфично л. съпротивление,

р . Л6, Q . гп

аница Hd

V

употреба

А

630 0,032 500 600680 0,037 500 600

2 8 3 -2 4 2 0 ,019-0 ,03 £00 600190 0,0'5 500 600830 0,026 500 500870 0,(31 500 500

1000 0,024 500 8012300 0,034 500 810

1600-1800 0,08 110000 180002 6 00-2400 0,09 llOOüO 180002000—3000 0,12 110000 180003 40 0 -4 0 0 0 0,07 40 3

При съдържание на волфрам (молибден) под 80% те се полу­чават чрез смесване на волфрамов, респ. молибденов, прах с 2—6% никелов прах и 6—10% меден прах. Сместа се пресова при налягане 300-—5С0 MN/m2 (3—5 Mg/cm2), а голученкте брикети се спичат предварително при 900°С, след което се пропиват с мед пои 1100— 1200°С. Контактните материали със съдържание 90% W (Мо) се получават без пропиване, като спичането се провежда при по-високи температури (1300—1400°С), за да се получи край­ната плътност. Съобщава се [18, 19], че ако за изходен прах се използува не само смес от W, Си и Ni-npax, а прах, получен чрез съвместна редукция на W 03, CuO и NiO, структурата на контак­тните материали е значително по-финодисперсна, с по-равномерно разпределена Си—Ni-фаза. ^

Формата на високомощните контактни материали е най-различ- на. Обикновено контактите представляват правоъгълни пластини с максимални размери 10 0 X 4 0 X 5 mm. Те се запояват към медни, или месингови контактодържатели. При т. нар, розетъчни кон­такти (фиг. 9.1)'подвижният контакт е цилиндрична плочка (диа­метър 15— 30 mm, височина до 10 mm), запоена на меден прът, а неподвижният контакт представлява няколко концентрично разположени медни палци със запоени към тях W Си Ni-телас по-сложна форма.

Освен като контактни материали W-^Cu—Ni и Mo—Cu—Ni псевдосплави се употребяват за изработване ла контейнери £а

253

радиоактивни вешества, както и за детайли на апарати и уреди,, които трябва да имат висока плътност. Използуват се също за електроди на мощни апарати за точково заваряване.

Средномощните контактни материа­ли се изработват предимно от 'М—Ag^ и Мо—Ag-пceвдocплaви, които се по­лучават подобно на —Си—№-псевдо- сплави. По форма те представляват плочки с максимални размери 50Х30Х Х З т т . Използуват се в различни ви­дове въздушни прекъсвачи и изключва­тели.

Тук трябва да се споменат и кон­тактите от чист волфрам, въпреки че те работят при лек режим (40 V, 3 А). Използуването на волфрама се налага поради голямата честота на комутации­те (3.104 цикъла за минута). Тези кон­такти намират приложение в автомобил­ните двигатели (реле-регулатор на на­прежението, токоразпределителна систе­ма, клаксон), а също и за някои теле­

фонни релета. Представляват малки цилиндрични пластинки (диаме­тър 4—бшш, височина 1 т т ) . запоени към меден или железен нит. Обикновено се изработват чрез изрязване на пластинките от ко­вани волфрамови пръчки и запояването им към медния нит. На­последък се съобщава [20] за изработване на волфрамови пла­стинки чрез спичане при 1200—1300°С на пресован врлфрамов прах, активиран с 0,5—1,0 % никел. По якостни и експлоатацион­ни показатели получените пластинки са близки с тези от кован волфрам.

Нискомощните контактни материали, както се каза по-горе, са~на среоърна основа. Голямо разпространение са получили кон­тактите от чисто сребро и лети сребърни сплави, получени по класичните начини (леене, валцоване, изтегляне, щанцоване). Все по-често обаче вместо тях се използуват праховометалургични контактни материали главно поради по високата им износоустой­чивост, по-ниската склонност към заваряване и по-ниската себе­стойност. Това се отнася особено за контактите от вида сребро — метален окис. Те се получават по няколко начина:

а. Смесване на спебъррн орях със съответния мадалеп -окис. Едрината на частиците на сребърния прах (обикновено еле­

Фиг. 9.1. Розетъчен контакт за високомощен прекъсвач:а — подвижен контакт; б - не* подвижен кг-нтаю; 1 — мед; 2 —

— Си — ГМ-сгтлав

254

ктролитен) и на металния окис е под 63 fxm. Сместа се ^EScoBa^npH налягане 200—400 MN/m2 (2—4 Mg/cma), а след

Фщкетите се спичат във въздушна среда при 750—800°С. Обикновено след спичането изделията се калиброват (допресоват). а след това се отгряват при 700°С. С това се пели ля се ппви- шат физико-механичните им качества. Предимството на метода е неговата простота. Нелостдтъии ся значителнятя елриня ня окиг- ните частици (до 63 цпз) и неравномерното им разпределение в сребърната матрица. Поради това контактите, получени по този нгЬшн, отстъпват по физико-механичните си свойства на тези, по­лучени по другите методи.1 б. .Получаване на сребърна сплав със съответния метал и при\ даване на нужната форма чрез пластична деформация. Сплавта) се подлага на вътрешно окисление при 750—800°С във въздуш- 1 на или кислородна атмосфера при нормално или повишено налягане. ) При това се окислява само неблагородният метал, който образу-/ ва метален окис със сравнително мал,\и размери на частиците 1 (1 — 10 tim-) в сребърната матрица. Кинетичните закономерности на процеса на вътрешно окисление, както и влиянието на различ­ните параметри върху скоростта на процеса и едрината на раз­пределението на окисните частици са добре изследвани [21]. Пре­димствата на този метод _са високите физико-механични свойства на контактите и добрата дисперсност на окисната фаза. Недо- с~татъцй~са голямата продължителност на вътрешното окисление (за контакти с дебелина над 2 шш — повече от денонощие) и неравномерното разпределение на окисните частици по едрина

\ "[на повърхността частиците са значително по-финодисперсни,\ отколкото във вътрешността). Освен това_при по-дебели контак- { ти (над 3 mm) вътрешността им може да остане неокислена вледствие на дифузията на неблагородния метал през време на окислението от вътрешността на контакта към окисляемата по­върхност [21, 221. За да се избягнат тези недостатъци е предло­жено [23, 24] за изходна суровина да се използува не компактна.

3 прахообразна сплав. Тя се получава чрез разпрашаване на теч- ~'нЦ£д(лав [23] или чрез хомогенизиращоГотгряване в~~редукционйа

средд^на~~~гжет—бтНгщТх оо б р а зн о ср?бро и метален окис |24~|Г В единия случай^[2^прахо0браШ~ата сплав се подлага първоначал- но на вътрешно окисление, след което се пресова и спича. В другия—см еста се пресова, а след това се спича в окислителна среда [23], при което вътрешното окисление и спичането проти­чат до известна степен паралелно. При описаните методи вътреш­ното окисление протича много бързо (за не повече от 2—3 часа),.

255.

едрината на окисните частици е малка (под 2 цт), а самите ча­стици са равномерно разпределени по размери и брой в целия обем на сребърната матрица.

в. Приготвя се воден разтвор на сребърен нитрат АдМ03 и нитрата на неблагородния метал [М е(й03)2], които се утаяват съвместно във вид на А§ОН и Ме(ОН)2 с 1^Н3, №ОН и др. По­лучената утайка се филтрува, измива, изсушава и накалява при 500°С. При сушенето и накаляванего хидроокисите се оОезводня- 'ваТГТГри което се получават прахообразни МеО и Ад^О. Сребър- ният- окис ооаче е нестаоилен и се разлага на Кислород и сребро. Получената финодисперсна смес от спебпо и МеО се пресова и спича в окисЖ ГПШ ^ грРНй_ !3акпнпм ррнпгтите ня прппргя на^гт.- вместно утаяване и влиянието на различните фактори върху ка­чеството на получената утайка са добре изучени [5, 6, 8. 11]. Предимствата на метода са фината структура на окисните частич­ки (под 1 цш) и равномерното им разпределение. Вследствие на това те имат повишени експлоатационни свойства. Недостатък на метода е необходимостта от измиване на утайката от чужди йо­ни (№+, МН4+, ИОд- ) — бавен и трудноконтролируем процес.

От различните псевдосплави от вида Ag—МеО най-широко приложение е намерила псевдосплавта Ag—СсЮ (8— 15% СсЮ). По-рядко се използуват Ag—СиО, Ag—2пО, Ag—5п02. В лите­ратурата са описани и други състави, подходящи за контактни материали — например Ag—РЬО, Ag—Ре30 4, Ag—МпО, Ag—Сг20 3, Ag—Та2Об и др. [11]. Формата на контактните материали от вида A g—МеО е най-различи а — правоъгълни и квадратни пластини

(максимални размери 40x30x3 шт), кръгли пластини (диаметър до 15 гат, дебелина до 3 т т ) , нитове (диаметър на главата до 10 шш)

Ги др. Всички контакти (освен нитообразните) :е запояват към контактодържателя с при-

-пои от типа на сребърните [25| Тъй като

от вида А^—М еО .^е не могат да се запоя- ' ат. Затова тези контакти имат сребърен

ППГ.ППМ н я п г т т .р у .ц .о д .т т ? , КОЯТО Щ е Се

апоява (фиг. 9.2). При методите, опи­сани в 'т \ а и в, този слой се получава още при самото пресоване, като на дъното на ма­

трицата се поставя тънък слой от чист сребърен прах, а след то- 1

ва се насипва стандартната прахообразна маса. IТри метода, описан в/ т. б, това се постига чрез осуетяване на достъпа на кислород

А

Фиг. 9.2. Кгнтякт от А£ — С<Ю - исевдо- сплав със сребърен

подслой:1 — Ag — СйО-пгевдо- сллав; 2 — сребърен под­

слой

256

до една от повърхностите. За целта две пластини преди окисле­нието се запояват по периферията, а след окислението шевът по периферията се изрязва (фиг. 9.3).

Контактните материали от вида А£—N1 по експлоатационни показатели заемат междинно положение между ~тези от чисто

Ог

Н е о к и с л е н а ' зона

Фиг. 9.3. Едностранно вътрешно окисление на плястини от Ag — СсЬсплав

г р р ^ о - и - - 4 № - А т В ^ М р О ^ 0 ПТНОТТТРН.Н.& -Н Я г п & с д а а я п т о и к о н т и к т -

ното електрическо съпротивление те се доближават до първите, а по отношение на износоустойчивостта и скжтггсгПГ към зава­ряване— към вторите. Най-често се използуват като заместите- ли- ня—дувгтвитрлнп пп-гк-^.ритр контакти от чисто среброТ

Среброто и никелът не се разтварят взаимно нито в твърло. нито в течно състояние. Поради това псевдоспляиите получават само по праховометалургичен пътТ Използуват се два начина:

С^Смесване на сребърен и никелов прах, пресоване и спичане_ в редукционна атмосфера. Тъй като~ттояуче»ата—псевдосплав е пластйчна. понякога cF~йзpa^oтвaт по-големи спечени полуфа­брикати, които се подлагат на гореща или студена плас­тична деформация-"(мундщучно пртсееа-н-е;—ци-куга-чио пресова­не, валцоване). По този начин се получават жици или ленти, от които пък се изработват необходимите контакти под формата на нитове и пластини. Благодарение на пластичната деформация контакти1£._ш4аФ-~невм-шетгт})'йШШ'б-механични показатели [26]7

Съвместно—утаяване—газ- сребърни .д—никелови ссли с МН3 или №ОН, получдвян.е_на смес от АеОН и ЩОН)„ фйлтррзне, измкиянр. гунтрне. накаляване, пресоване и спичане. По принцип този метод не се различава от метода, описан в т. в, за получа­ване на псевдосплави Ag—МеО (чрез съвместно утаяване). Глав- ната разлика е при спичането, което в случая се провежда в ре­дукционна среда, за да може № 0 да се редуцира до никел. Ме-

1 7 Праховата металургия в машиностроенето 257

ходът има същите предимства и недостатъци, както метода на получаване на Ag—МеО чрез съвместно утаяване.

Формата и размерите на контактите от Ag—№-псевдосплав са аналогични на тези от —МеО-псевдосплав. Сребърно-нике- ловите контакти се умокрят добре от припоите и не се нуждаят от сребърен подслой.

Псевдосплавите от вида сребро — графит са намерили приложе­ние като птъзгащи контакти благодарение на ниския им коефи­циент на триене. Те се изработват по класичната праховомета- лургична техноюгия: смесване на праховете, пресоване, спичане в редукционнна среда, допресоване и отгряване. При съдържание на графит над 6 мас. % сместа има много лоша пресуемост и в този случай се използуват свързващи вещества, например камено­въглена смола. По форма контактите не се различават много от другите контакти на сребърна основа. За запояването им е ну­жен сребърен подслой.

9.3. Материали и изделия за радиоелектроннатаи вакуумната техника

Металокерамичпите материали се използуват в радиоелектрон­ната промишленост главно за изработване на детайли на електро- вакуумни уреди, работещи при високи температури: решетки на приемноусилвателни лампи, аноди и спомагателни електроди на генераторни лампи, катоди за газоразпределителни тръби. Изпол­зуват се също и за направа на редица детайли на рентгенови тръби. Основните изисквания по отношение на тези материали, наред с механичната якост са следните: химкчна инертност, нисък коефициент на линейно разширение, ниско парциално налягане на парите в нагрято състояние, малка склонност към разпрашаване и сравнително ниско електрическо съпротивление. На тези изиск­вания отговарят предимно труднотопимите метали и сплави и за­това те, особено волфрамът и молибденът, намират най-голямо приложение. Волфрам и молибден се употребяват и за направа на нагреваемите жички на осветителните лампи. В същност това са спирали или двойни спирали, изработени от жичка с диаметър 25—300 [ira. За тяхната направа по-подходящ се е оказал вол­фрамът, защото спиралите, изработени от нею, не провисват, т. е. при продължително нагряване не се деформират под действието на собственото си тегло. Провисването е свързано с рекристали- зационен процеси и за да се избегне, волфрамът трябва да съдържа

258

малки количества примеси (—0,01 % калий, силиций, алуминий). Примесите се добавят още към волфрамовия прах във вид на алкални силикати и алуминиеви соли и количеството им се под­бира така, че след окончателното спичане тяхното съдържание да бъде около 0,01 % [27].

За по-особени случаи при производството на електровакуумни уреди и електрически лампи вместо волфрам се използуват рений или сплави на рения с Ш и Мо (например 70% '\^г+ 3 0 % Ке, 5 0 % Мо + 50 % Ие). Към това се прибягва, когато се изисква дълговечност на уреди и лампи, работещи в условия на динамич­ни натоварвания — например електронни лампи за радарни апара­ти и за самолети, лампи за железопътния транспорт и др. [28].

Наред с редицата си предимства труднотопимите метали имат два съществени недостатъка: обработват се трудно и са скъпи. Затова стремежът е в случаите, когато е възможно, те да бъдат заменени с чисто желязо или сплави на желязна или никелова основа. Голяма част от такива изделия се получават по прахово- металургичен начин.

Полуфабрикатите от чисто спечено желязо се използуват за изработване на електроди на различни уреди, аноди на електрон­ни тръби, детайли на рентгенови тръби. Самите полуфабрикати се получават по праховометалургичен път, като се изхожда от же­лезен прах с повишена чистота (карбонилен или електролитен).

За изработване на детайли на електровакуумните уреди, рабо­тещи при висока температура (решетки на електронни лампи, но­сещи решетки, катоди), се използува праховометалургична сплав от вида Ре—№ —Мо вместо значително по-скъпия молибден. Напри­мер сплав със състав 22 % Ре, 58 % N1 и 20 % Мо по своите механични свойства при 800°С се приближава до чистия молибден, по-добре се обработва и има по-висока химична устойчивост [29]. За изработването на полуфабрикати от тези сплави се използуват карбонилни железни и никелови прахове и молибденов прах, получен чрез редукция. Праховете се смесват, пресоват и спичат. След спича- нето полуфабрикатите се подлагат на продължително хомогени­зиращо отгряване за подобряване на структурата и повишаване на плътността.

За изработване на катоди и аноди на приемно-усилвателни ус­тройства, тиратрони, газотрони и други подобни детайли се из­ползува с успех никелова лента, получена по праховометалургичен път чрез валцоване на карбонилен никелов прах, последвано от неколкократно спичане, валцоване и отгряване. Така изработената лента с дебелина 0,1—0,5 т т има плътността на лента, получена

259

от лят метал, висока чистота на повърхността и близо два пъти по-ниска себестойност [30]. Детайлите на вакуумните уреди, из­работени от такава лента, имат по-високи механични свойства и по-ниска газонаситеност.

Освен еднослойни ленти по праховометалургичен път могат да се получат и многослойни ленти, напр, желязо — мед, желязо — никел и др. Съотношението в дебелината на слоевете в такива ленти може да се изменя в широк диапазон. Така например в Ленин­градския политехнически институт [31] е разработена технология за получаване на биметална лента с немагнитна основа от лята аустенитна никелова стомана (24% N1, 2% Сг) с дебелина 2 тш , върху която е нанесен слой с дебелина 0,08—0,10 тш от прах от магнитна дисперсноуякчена сплав от вида алнико (Ре—1\Ч—А1—Со). Технологията на получаването на такава лента е следната. Прах от магнитната сплав с размери на частиците 0,01—0,05 шш се нанася на равномерен слой на повърхността на отгрята студено- валцована лента от аустенитната никелова стомана. Лентата с на­несения от нея слой се валцова на прокатен стан със скорост 0,02 т / т т при налягане 400—500 АШ /т2 (4000—5000 1 ^ /ста). След валцоването биметалната лента се спича във вакуум (0.013 ММ/т2) или във водород, добре очистен от влага и приме­си на кислород, при температура 1200— 1220°С в продължение на 4 часа. По този начин се получава биметална лента, чийто пър­ви слой е немагнитен, а вторият слой има високи магнитни свойства Такава лента може да намери широко приложение в радиоелек­тронната промишленост.

I / 9.4. Полупроводникови праховометалургични ' материали и изделия

Полупроводниците са тези материали, ч^рто електрическо гъ противление е м е ж у това на металите и на диелектриците. Към тях~-се отнасят някои чисти химически елементи (бор, силиций, германий, арсен,) голям брой химически съединения (сулфиди, се- лениди, карбиди, окиси), а също така и някои керамични комп­лексни съединения.

Една от перспективните области на приложение на полупро­водниковите материали е превръщането на топлинната енергия в електрическа чрез полупроводникови електрически генератори или превръшането-на_електрическата енергия в топлинна, съответно с т у д , чрез термоохлаждащи батерии. '

260

Недостатък на полупроводниковите материали в случая са трудностите, свързани с тяхното получаване и с изработването на самите изделия. Така например, за да се направят термоелементи за термоохлаждащи уреди от полупроводникови материали Bi2Te3— Bi2Se3 и Bi2Teâ—Sb2Te3 по класическите методи (на Бриджмен, Чохралски, насочена кристализация) се изискват много сложни съоръжения, а самите процеси имат ниска производителност.

Във връзка с това в производството на подобни полупровод­никови материали широко приложение започват да намират мето­дите на праховата металургия, които дават възможност не само да се повиши производителността на труда, но и да се получават термоелементи с определена форма без отпадъци на скъпи суро­вини, с подходяща чистота на повърхността и хомогенна струк­тура.

Като изходни материали при получаване на полупроводникови елементи по методите на праховата металургия се използува или с м е с от прахове на съответните п о л у п р о в о д н и к о в и компоненти. или прахове на готови многокомпонентни полупроводникови сддави. например Bi2Te3—Bi2Se3; BiaTe3—Sb2Te3.

Праховете от полупроводникови материали се пресоват както при обикновени температури (на студено) и налягане 400— 1000 MN/m'2 (4000—10000 kg/cm2), така и при повишени темпе­ратури (на горещо) и налягане 5—20 MN/ma (50—200 kg/cm2). / Студенопресованите полупроводникови изделия се спичат или

,в;ьв_вшодш, или в атмосфера на рг>пг>рп» з а да се увеличи ^плътността. поняк;пгя ГР ияпплдуия мртпггкт ня „ДВОЙНОТО ПРесОВа-

I не и спичане. За получаване на полупроводникови изделия с по- I вишена якост най-често се използува методът ня .-гпррто прр^п- • _вад£/Температурата на спичане на брикетите след пресоване на

"студено и температурата на горещото пресоване се избират в за­висимост от състава на шихтата и техническите изисквания към изделията.

В НИТИМ е разработена технология за получаване на полу­проводникови сплави на основата на Bi2Te3—Bi2Sb3 с добавки на CdCl2 и Bi2Te3—Sb2Te3 с добавка на РЬ за „р“ и „п“ клонове на термоелектрически охлаждащи батерии [32, 33]. Изделията се пре­соват на студено при налягане 800 MN/m2 (8000 kg/cm2) и се спичат при 370—410°С в продължение на 8 часа.

261

ф МАГНИТНИ ПРАХОВОМЕТАЛУРГИЧНИ МАТЕРИАЛИ И ИЗДЕЛИЯ

Развитието на радиоелектронната промишленост и на телеви­зионната техника налага да се произвеждат по-големи количества магнитни материали с повишени показатели (коерцитивна сила, магнитна проницаемост, магнитна индукция). Тези материали се получават както чрез леене, така и по прахово металургичен начин. Последният начин се използува за получаване главно на магнит­ните материали, съставени от метални и неметален компоненти, които не могат да се получат чрез леене. Праховометалургичният метод се предпочита и за метални магнитни изделия в случаите, когато тези изделия имат по-високи характеристики в сравнение с летите или тяхната себестойност е по-ниска.

В зависимост от магнитните си характеристики използуваните в промишлеността магнитни мдтерияли гр рззттелят на три групи:

(&.^У\агнитппрпвптти — материали, при които възникването на вихрови токове (токове на Фуко) е минимално.

<р? Магнитномеки материали — материали, които имат висока начална и максимална магнитна проницаемост и ниска коерцитив­на сила— 1— 10 А/ш (стотни до десети оерстеда), дават незначи­телни загуби от вихрови токове при намагнитване, имат малка площ на хистерезиса. отличават се със сравнително високо елек­трическо -Съпротивление и имат вигокя инпу^титшпгт при малки напречния на магнитния поток!

-О&Магнитнотвърди материали — материали с висока коерци­тивна сила— 1.104—1.106 7t7irr (стотици и хиляди оерстедв), при сравнително голяма остатъчна магнитна индуктивност.

10.1. Магнитопроводи

Магнитопроводите се използуват за концентриране да мяг.нид. но силовсГполе. Когато това поле е променливо, например създа­вано от бобина, захранвана ог променлив електрически ток, в маг- нитопровода възникват т. нар. вихрови токове (токове на Фуко). Посоката на вихровите токове е такава, че те противодействуват на изменението на напрежението, създаващо магнитаото поле, и на про. никването на полето във вътрешността на магнитопровода. Вследст­вие на това напрежението на полето не е равномерно по сечението На

ГЛАВА 10

262

магнитопровода— на повърхността му то е значително по-високо’’ отколкото във вътрешността. Това води в крайна сметка до зна­чителни магнитни загуби. Падението на напрежението по сечение­то на магнитопроЕода зависи от неговите геометрични размери,, електрическо съпротивление, магнитна проницаемост и от често­тата на полето.

Колкото по-голямо е сечението на магнитопровода и по-малко е неговото електрическо съпротивление, толкова по големи са маг- нитнихе ..загуби от вихрови токове. За да се сведат тези загуби до минимум, се е__наложило магнитопроводите на променливи по­лета да се правят не цели, а във еид на теля, гъгтоятпи ге от к онгломерат от метални обеми ( пластини, жици, прахове), изоли­рани помежду си с диелектрик. Поради това понякогя те се на­ричат магнитодиелектрипи. ' ~ ■

По класичния начин магнитопроводите се изработват от вал­цована ламарина, от която се щанцоват тънки пластинки (до 1 т т ) , имащи формата и размерите на магнитопровода по дължина и ширина. Чрез подреждане на пластините в пакет и стяггнсто нм по някакъв начин се получава магнитопросодът. Естествено меж­ДУ отделните пластини се поставят листове от диелектричен мате­риал.

По праховометалургичен път мягннтд.прпгопитр—се—получават чрез смесване на магнитните прахове с пластмасов материал, пре­соване, сушене и изпичане. Пластмасовият материал служи както за свързващо вещество на металните частици, така и ; а изолатор.11риготвенкте по този начин магнитодиелектрипи са ютови изде­лия или полуфабрикати, от които чрез следьаща механическа об­работка се получават изделия с конкретна форма и размери.-^1з- ползув^Т се Ца сърцевини на индуктивни бобини и високочестот­ни трансформатори в радиоелектронната промиггленост. 1

За изработване на праховометалургичните магнитоелектрици се' използуват магнитни прахове от желязо сповишена чистота (елек­тролитни или карбонилни), от легиран или нелегиран пермалой, от желязо-силициево-алуминиеви сплави, а също и от прахове на- ферити и някои други феромагнитни материали.

Важен проблем при изработването на магнитодиелекгргците е изолирането на частиците на магнитния прах поуежду им от ди­електрика. За да се получат високи магнитни свойства, е необхо­димо да се съчетае пълната изолация на частиците с възможно' най-малкото количество изолиращо вещество. Затова за диелек­трик се избипят такива материали, които добре покриЕаг магнит­ните частици и образуват плътен и тънък изолиращ слой. 1ози~

26$

слой освен това трябва да има достатъчна якост, твърдост и ела­стичност, за да не се разрушават изделията при деформация. Най- подходящи вещества като диелектрици са се оказали изкустве­ните смоли (например фенолните). По-рядко се използуват поли­винилхлорид, каучук, окиси и силикати.

Технологията на получаването на магнитодиелектриците об­хваща следните операции: смесване на феромагнитните прахове с диелектрика, пресоване, полимеризация (нискотемператуона термич­на обработка), високотемпературна термична обработка и контрол.

Смесването на материалите е една от наи-важните операции. Смесването с течен диелектрик се извършва в нагрети реактори, като смолата се добавя във вид на разтвор в някакъв органичен разтворител. По този начин частиците на феромагнитния прах се умокрят много по-добре. Сместа се разбърква непрекъснато в нагретия реактор, докато разтворителят се изпари напълно и изо­лационният слой се отложи върху частиците на праха. Когато за диелектрик се използува твърщо вещество, смесването му с феро­магнитния прах се извършва в обикновени смесители.

Формоването или пресоването на магнитодиелектриците се из­вършва при налягане 400—2000 MN/m2 (4000—20000 kg/cm2). При ниските налягания се пресоват магнитодиелектриците, от които главно се изискват малки загуби от върхови токове, а магнитна- та проницаемост може да няма висока стойност. Високите наля­гания се използуват при обратния случай. В същност в първия случай се цели да се получи сравнително дебел слой диелектрик, а във втория — по възможност най-тънък. Колкото слоят е по- тънък, толкова изолацията е по-лоша, съответно загубата от вих­рови токове по-голяма. Същевременно обаче обемът на диелек­трика намалява за сметка на обема на магнитния материал и маг- нитната проницаемост на магнитодиелектрика нараства (тя зависи главно от обема на магнитния материал).

Нискотемпературната термична обработка се провежда при 120—200°С. С нея се цели да полимеризира смолата и да се уве­личи якостта на пресованите изделия. В повечето случаи пресо­ването и полимеризацията се извършват в една операция чрез пресоване в пресформи, нагрети до температура, която осигурява полимеризацията на диелектрика.

Високотемпературната термична обработка се провежда във водородна среда или във вакуум при температура, малко по-ви­сока от температурата на рекристализация на метала — 500—600°С. При тази обработка магнитната проницаемост на магнитодиелек­триците на желязна основа се повишава, а тази на магнитоди-

264

■електродите на основата на пермалой и сплави от типа Ре— —А1 се понижава. Високотемпературната обработка не трябва да доведе до частично разрушаване на диелектричния слой. В противен •случай свойствата на магнитодиелектриците се влошават.

Магнитодиелектриците на основата на чисто желязо се изра­ботват от карбонилен пряу ц се използуват за изработване на индуктивни бобини за апарати за телефонната техника, при които изискванията по отношение на хистерезисните загуби са по-вксоки, а също за сърцевини на индуктивни бобини и дросели за радио­техниката. Тези магнитодиелектрици имат добри свойства благо­дарение на малкото количество изолиращо вещество и сферична­та форма на частиците на карбонилното желязо, което дава въз­можност да се намали дебелината на изолиращия слой.

Магнитодиелектриците на основата на пермалой имат висока магнитна проницаемост. Добавка от 2 % молибден и някои други добавки още повече повишават магнитните свойства на перма- лоя. Повишава се магнитната проницаемост, увеличава се електро- съпротивлението и се намаляват хистерезисните загуби. Перма- лоевите магнитодиелектрици се използуват в радиотехниката и в апарати за телефонната техника.

Голям интерес представляват еластичните магнитодиелектрици. изработени от феромагнитен прах с еластична свръзка, например каучук.

10.2. Магнитномеки материали

Използуването на методите на праховата металургия за полу­чаване на магнитномеки материали се обуславя преди всичко от икономически съображения, а също така от възможността да се получат по-чисти и по-точни по-съсгав магнитни сплави.

Магнитномеките материали, получени по праховометалургичен начин, се използуват за изработване на магнитни сърцевини на „силови агрегати, на мягнитопровояяши части на електродвигатели 1Г т. н. I юлучават се~както във вид на готови изделия, така и във вид на полуфабрикати, от които чрез механична обработка могат да се получат изделия с нужната форма и размери.

Като изходна суровина за получаване на магнитномеки мате­риали се използуват: железен прах с повишена чистота, желязно- никелови прахове от типа на пермалоя, ,сплави__от инда Р е-- Я|-~

ини Рр—N1'— Со и др. г"^ Когато магнитномЬките материали се изработват от железен

265

прах, прахът се смесва в продължение на 3—4 часа с 0,3—0,5 °/о пластификатор (стеротекс), след което се щесова при налягане 500—700 MN/m2 (5000—70С0 kg/сш2). Пресованите детайли се на­реждат в ладии, засипват се с А120 3 и се спичат при 1100— 1150°С в продължение на 2—3 часа в атмосфера на водород или кон­вертиран природен газ. След спичането изделията се очистват от А120 3 и се подлагат на вторично пресоване (допресоване) при на­лягане 800— 1200 MN/m2 (8000— 12 000 kg/сш2). След допресоване- то се прави повторно спичане или отгряване в сух водород при 1300°С със задържане при тази температура до 20 часа. Така полу­чените изделия имат магнитна индукция 1,2—1,5 Т (12 000—15 000 гауса), максимална магнитна проницаемост 5,0.10“3—6,25.10_3 Н /т (4000—6000 гауса/оерстед) и коерцитивна сила 65—105 А/ш (0,8— 1,3 о е р с т е д а ) . За получаьането на високи магнитни сЕОЙства е необходимо да се използуват изходни материали с висока чистота, а спичането да се провежда при високи температури и продъл­жително време.

За да се повишат магнитните характеристики на получените от железни прахове мягнитномеки материали, се прилага предва­рително отгряване във в о д о р о д , съдържащ примеси от хлороводо­род. Например отгряването на железен прах в атмосфера шР во­дород с примеси от НС1 гри 700°С в продължение на 2 часа и следващо спичане на пресованите изделия в сух водород при 1200°С в продължение на 1 час дава възможност да се получи максимална коерцитивна сила до 70 А /т (0,87 оерстеда). Изделията от различни видове железни прахове, получени след такава об­работка, имат слабо различаващи се магнитна индуьция и коер­цитивна сила.

Магнитномеките материали, изработени от чисто желязо, имат ниско електрическо съпротивление и сравнително високи загуби от вихрови токове. За да б'ьдат те пиниж^НИ, изделията се изра- осггват не от чист железен прах, а от прах на сплави на желязо­то със силиция, алуминия и други елементи. В това отношение изследванията са показали [1], че при сплавта Fe—Si оптимално- то съчетание на магнитните характеристики се постига при съ- дтржанке на силкций 6,5 %. Такава сплав има максимална маг­нитна проницаемост 5 ,6 .10~3 Н /т (4500 гауса/оеростед), маг­нитна индукция 1,25 Т (12 500 гауса), коерцитивна сила 80 А /т (1 оерстед). Тази сплав обаче има висока твърдост, повишена крехкост и лоша обработваемост. Поради това тя ке се препо­ръчва за масово производство. За такова производство най-под­ходяща се е оказала сплавта с 4 % Si.

266

За изработването на магнитномеки материали от тази сплав ка­то изходни материали се използуват железен прах и прах от феро­силиций, съдържащ 33 % Прахът от феросилиций е в такова количество, което да осигури необходимото съдържание на сили-

1,8 гГ и

J 1.S ^ 1.5

* Ч£ V го

L 0,9 ^ 0,0

0,7

4900\47004500■43004100

■3700■3500■ 3 3 0 0

■3100290027002500230021001900

Ж

4,5

г

Ле

5,5

2,2 -2100-2000

2,1 -1900с -1700

2,0 -1700X -1600

Ч " 1,9 -1500Сз ■1400

1,8 -1300-1200

^ 1,7-1100. -1000

^ 1,6 -900-800

1.5 - 700

Г Мманс-8-10 ,н/т

Порее тостФиг. 10.2 Зависимост на магнитните ха­рактеристики на метало!.ерамична сплав

(4°/с51) от нейната поресгост

Съдържание на5ь,%

Фиг. 10.1. Изменение на коерцитнв- ната сила (Hf ) и максималната маг­нитна проницаемост (ц) от темпера­турата на спичане и съдържанието на силиций в Fe — Si-металокера-

мични сплави:1 — слипане при 1300°С в продължение на 3 h\ 2 — спичане при ИбСРС в продъл­

жение на 3 h

ций в магнитната сплав. Железният прах предварително се от- грява при 700° във водород, а след това се стрива и пресява през сито с отвори 0,1 mm. През същото сито се пресява и фе­росилицият. След това двата праха се смесват продължително време. Изделията се пресоват при налягане 800— 1С0Э MN/m2 (8000—10 000 kg/cm2), а пресованите изделия се спичат при тем­пература 1150— 1300°С в продължение на 2—3 часа в среда на сух водород.

Магнитните свойства на праховометалургичните изделия, полу­чени по описаната технология, се определят както от съдържа­нието на силиций в сплавта, така и от температурата на спича­не и плътността на изделията. Увеличаването на порестостта во-

267

ди до значително повишаване ня кг»ррпитит>нятя сила, но и до намаляване на максималната мягнитня прошшаемеет—»-мдгнитна индукция. U a- Фиг. 10ll~tr И)Л> е покязяновлиянието на порестост- та температурата на спичане върху магнитните свойства на желязо-силициеви магнитномеки сплави [1]. Магнитните свойства на Fe — Si - сплави могат да се повишат и чрез добавяне на алуминий към сплавта [2].

Желязно-никеловите магнитномеки материали от типа на пер- малоя могат да се изработват от чисти железни и никелови пра­хове или от легирани карбонилни или електролитни желязно-нике- лови прахове. Пресоването се извършва при налягане 500—800 MN/m2 (5000—8000 kg/cm2), а спичането — в атмосфера на водо­род при температура 1200— 1300°С в продължение на 2—3 часа. Най-високи магнитни свойства имат изделията, изработени от ле­гирани желязно-никелови прахове.

10.3. Магнитнотвърди материали

Праховометалургични постоянни магнити могат да се изработ­ват ат всички видове магнитнотвърди материали. Най-широко разпространение са намерили металокерамичните дисперсноуякче- ни магнитнотвърди сплави от вида ж елязо—никел—алуминий (ални, алнико, магнико и др.). Като изходни материали за изработване на постоянни магнити по прзховометалургичен път се използуват прахове от чисти метали или прахове от сплави. Праховете от сплави се получават предимно чрез редукция на съответна смес от окиси или чрез разпрашаване на течни сплави. От прахове от сплави се получават изделия с по-високи показатели, отколкото от смес от прахове на чисти метали [3].

Праховометалургичният метод за получаване на постоянни магнити е за предпочитане пред леенето, когато изделията имат малка маса и неголеми размери. Според литературни източници [4] праховометалургичното получаване на постоянни магнити е най рентабилно при височина на изделията 1—50 mm, сечение 0,1—25 cm2, отношение на височината към дебелината или диа­метъра не повече от 2:1 и маса до 100—200 g. При изработване на такива магнити чрез леене годната продукция е не повече от 10—20% от използувания течен метал, тъй като голяма част от него се изразходва в мъртви глави и леяци. При прахов металургич­ния метод този процент е 95—98 спрямо изходните прахообразни метали или сплави.

268

В табл. 10.1 са дадени свойствата и съставът на някои от най-типичните праховометалургични сплави.

Голямо приложение в промишлеността имат желязно-никело- во-алуминиевите сплави, съдържащи 5—15% А1, 15—35 %№ и останалото желязо (т. нар. сплави ални). За повишаване на маг­нитните свойства на тези сплави се добавя кобалт, мед, силиций, титан. Особено значение има легирането на сплавта ални с ко­балт, което води до значително повишаване на нейната остатъч- на индукция и коерцитивна сила. Когато съдържанието на ко­балт е над 12—15 % (за сметка на А1 и №), сплавта се нарича ални^о. Двата вида сплави (ални и алнико) имат висока твър- вост 'А голяма крехкост, поради което не могат да се обработ­ват чрез рязане или чрез пластична деформация. Ето защо изде­лия от тях могат да се получат само по праховометалургичен път или чрез прецизно леене със стопяеми модели.

Праховометалургичната технология на изработване на магнити се състои в подготовка на изходните прахообразни материали. пресовав£_4| спичане. След спичането магнитите от сплавите ални се подлагат~на~здк57Гяване, от сплавите алнико — на закаляване и п^пултгднр а пт гпттяиитр магнико — на закаляване в магнитно по­ле и отпускане. Термичната"оврабитка и магнитно поле дава въз­можност да~се получат изделия с по-високи магнитни свойства, но в този случай се наблюдава анизотропия на магнитните свой­ства, която се обуславя от посоката на полето.

Продължителността на смесването на изходните прахове за­виси до голяма степен от тяхната природа и се колебае от 2—3 до 20—25 часа. Сравнително краткото смесване се прилага за прахове от сплави, а по-продължителното — за смес от чисти прахове. Обикновено алуминият се добавя не в чист вид, а като сплав от А1 и Ре или А1 и №. Понякога и медта се добавя във вид на Си — А1 - сплав. За да се подобри пресуемостта на пра­ховете, към тях преди смесването се добавя 0,3—0,5 % пласти­фикатор (стеротекс). Пресоването се извършва при налягане 300— 1500 Д Ш /т2 (3000 до 15 000 1^/'ст2). Спичането се провежда при температура 1200— 1350°С в атмосфера на сух водород или във вакуум в продължение на 2—3 часа. По-добри резултати се по­лучават при спичане във вакуум.

Наличността на пори д пряховометалургичните постоянни маг­нити понижава техните магнитни гнпйствя — остатъчна индукция и м а гн и т н я рнрпцГяТ Попя л и това те често отс^гшйтТю тези по-

г1<^зят^иналетите изделия с аналогичен състав. За подобряване на магнитните свойства на праховометалургичните магнити се

269

Т а б л и ц а 10.1

Химичен състав и магнитни свойства на сплав и за постоянни магнити [7]

Марка на сплавта

Химичен състав, % Магнитни свойства

Плътност,М г |т а

никел алуми­ний мед ко­

балтдруги

елементи

максимал- на магнит­на прони­цаемост ,и.1б4,Н|т

коерцитив- на силат а ? 3,

А |т

осгатъчна маг­нитна индук­ция В, Т

АН1 (ални 1) 2 2 1 1 _ ост. Ие _ 20—28 0,60—0,70 6 ,7 - 7АН2 (ални 2) 25 13 4 — 33,8—37,5 3 6 - 4 4 0 ,50 -0 ,60 6 ,7 -7АНК (алниси) 33 13,5 — — 151, ост. Ие — 60—64 0,35 -0 ,40 6 ,3 -6 ,5АНКО 1 (алнико 12) 17,5 1 0 6 12,5 ост. Бе 75,0 40—48 0,60—0,75 6 ,8 -7 ,1АНКО 4 (магнико) 13 8 4 23 17,5 4 0 - 5 2 1 ,1 0 — 1 ,2 0 6 ,9 -7 ,2Анкоти-5 19,5 8 — 24 5Т)', ост. Ре — 72—88 0 ,58-0 ,70 6,8 —7,1Анкоти- 8 14 7,5 4 40 7,5 Ть ост.Ре 148 0,78 6,9—7,2Алсифер _ 7,5 — — 1 0 Бь ост. Ре 62,5 3 2 -4 0 0 ,35-0 ,50 7,6—7,8Кунифе 2 0 — 60 — ост. Ре — 2 4 -3 2 0,25—0,30 7 ,6 -8 ,0Кунико 23 — 48 29 — — 5 6 - 6 0 0 ,30-0 ,35 7 ,6 -8 ,0Сребърно-манганово- 8 6 ,8 Ац,алуминиева — 4,4 — — 8 ,8 Мп — 360—440 0,04—0,05 8 , 4 - 8 ,6

Кобалто-платинова — 23,2 76,8 Pt —■ 3 6 0 -4 4 0 0,40—0,50 14,0— 15,0

1 1 Т =1.104 Ов; 1 А /тг»1 ,25.10 - 2 Ое.

прибягва, от една страна, до повишаване на тяхната плътност чрез двукратно пресоване и спичане, а от друга — към добавяТГб на легиращи елементи — титан, цирконий и др. Установено е на­пример [3,6], че добавка от 1 % Zr повишава коерцитивната сила, а не изменя практически остатъчната индукция. Добавка от 0,3— 0,4% Ti повишава коерцитивната сила, остатъчната индукция и максималната магнитна енергия. При по-висока концентрация (до 2,5% ) на титановата добавка се наблюдава по-нататъшно по­вишаване на коерцитивната сила, но се понижава остатъчната индукция. Едновременното добавяне на 0.5% Zr и 0,8% Ti в сплави от вида магнико осигурява оптимално съчетаване на маг­нитните свойства и повишаване на магнитната енергия на тази сплав.

Сплавите от вида F e— Ni—Al—Co —Ti със съдържание на Ti над 5 % имат висока коерцитивна сила при достатъчно висока остатъчна магнитна индукция. Обаче тези сплави са скъпи, тъй като съдържанието на кобалт в тях е високо.

Тройните сплави от вида Fe—Si—Al представляват твърди разтвори на тези елементи. Те имат висока начална магнитна про­ницаемост, но са доста крехки и не се поддават нито на студе­на, нито на гореща механична обработка. Поради това изделията от тези сплави се изработват само чрез прецизно леене или по праховометалургичен начин. Във втория случай се използуват пра­хове на Fe—Al—Si- сплав, получени чрез смилане на компактна лята сплав в топкови или вибрационни мелници. Праховете се пресоват при налягане 1000— 1200 MN/m2 (10 000— 12 000 kg/cm2), а спичането се провежда във вакуум или в атмосфера на сух водород при 1200—1250°С в продължение на 2—3 часа.

Сплавите от вида Cu—Ni—Fe и Cu—Ni—Со имат ниска твър­дост и се поддават на механична и пластична обработка. По пра­ховометалургичен път изделията от тези сплави се получават чрез пресоване или валцоване на съответните прахове. Пресова­нето се извършва при налягане 800— 1000 MN/m2 (8000—10 000 kg/cm2), а спичането — при температура 850—950°С. След спича­нето изделията се допресоват, закаляват се при 800—850°С и се отпускат при 580—600°С в продължение на 12—16 часа.

Магнитната сплав Ag—Mn—А1 има най-висока коерцитивна сила — 4 . 10б А /т (5000 оерстеда), но остатъчната й индукция е ниска. Изделията от тази сплав се използуват в някои релета и малогабаритни измервателни уреди. Изработват се чрез пресоване на съответните прахове при налягане 800— 1000 MN/m2 (8000— 10 000 kg/cm2) и спичане при 800—860°С в продължение на 2—6 часа.

271

Кобалто-платиновата сплав има максимална магнитна енергияг,. но високата цена на платината ограничава областта на приложе­ние на тази сплав. Използува се за изработване на постоянни- магнити за точни уреди, когато е необходим максимален магни­тен момент за единица маса на магнита.

10.4. Магнити от спечени неметални прахове

Магнитните изделия от неметални материали ся прелимно ил фрритня пгновя. Феритй~ в тесния с м и ^ ч на думятя рр нярндя-г химичните съединения с обща формула МеЕе^О^, където Ме е двувалентен метал (М& лиГМ, Ва"и др .У, чийто окис има осно­вен характер. Феритите се п о л у ч я и я т чррч ттрргпиянр и гниоячУ» на прахообразна смес от Ре9Оз и съответния метален окис (МеО). При спичането Ре2Оя и МеЦ взаимодеиствуват помежду си, в ре-' „ултат на което се получава МеИ^и* ~съгласно реакцията3 ~~ 1 п ~1'' 1 м| —■■ - ---- ---- --- ■ 1 ”

Ре20 3 Ч- МеО -► МеРе20 4 . (10.1)Технологията на изработване на феритите представлява сло­

жен комплекс от процеси, които трябва да се изпълняват с го­ляма точност. Дори незначителни отклонения в качеството на из­ходните суровини, състава на шихтата, едрината на праховете,, налягането при пресоването, температурата и времето на спичане могат да доведат до рязко изменение на електромагнитните свой­ства на феритите.

Първоначално изходните окиси се дозират, след което се по­смилат и смееват в то.тШви~мелници „на мокро“ в продължение на 10—20 часа. Така обработената шихта се изсушава, а слея, това се брикетира и се_спича във въздушна среда при темпе­ратура 900—1100иС в продължение на 4—5 часа. Това в същ­ност представлява междинно брикетиране ТГспичане, което се прави, за да се постигне по пълна хомогенизация на шихтата, по- малко свиване на изделията при окончателното спичане и пови­шаване на магнитните им свойства.

След предварителното спичане брикетите се смилат във вибра­ционни мелници „на сухо“. Качеството на окончателното смила­не и размерът на частиците оказват голямо.. я л и я н и р в ъ р х у маг- ништГсволства. на изделията, тъй като._с_у.ведшадан.е ла ..дис- персността на частиците се подобрява процесът на феритизация (протичането на реакцията 10.1).~Например магнитнотвърдите~ба- риеви ферити, изработени от прах с едрина на частиците около

272

1 fim, имат коерцитивна сила над 4 . 10Б А/m (над 5000 оерстеда), докато тези с едрина на частиците около 100 jim— едва8 .103 А /т (100 оерстеда) [5]. От друга страна, с увеличаване на дисперсност- та на смляната шихта се влошава нейната пресуемост, което води до понижаване на качествата на готовите изделия. Поради това съществува оптимална дисперсност, която за всеки конкре­тен случай се определя опитно.

След второто смилане шихтата се пресява през сито 0.063 mm,a след това ce пресова в же дянаха. фпрмя__при нялягане 50—250MN/m2 (500—2500 kg/cm2). З а да се подобри поесуемостта на шихтата, към нея предварително се добавя пластификатор — 10%-ен разтвор на поливинилов алкохол. Съотношението между шихтата и пластификатора е 10:1. При изработване на масивни изделия като пластификатор се използува парафин.

Окончателното__спичане на феритите се извършва при темпе­ратура 1100—1400°С в продължение на 1.5—2,5 часа, обикновено във въздушна среда. Понякога се налага обаче да се използува друга газова среда. Например спичането на мангано-цинковите ферити се провежда в инертна газова атмосфера или във вакуум. След спичането изделията се проверяват по отношение на налич­ността на пукнатини, точността на конфигурацията и размерите, механичната якост и електромагнитните параметри. По механич­ните си свойства феритите се доближават до порцелана — те имат висока твърдост и са доста крехки. Специфичното електри­ческо съпротивление на феритите се колебае от 10-1 до 10б s, .m, докато при металите то не надвишава 10-6 Q.m. В литературата [5,7] са описани методите на получаване, свойствата и приложе­нието на редица видове ферити (медни, магнезиево-цинкови, ман- гано-цинкови, никел-цинкови, бариеви и др.).

18 Праховата-металургия в машиностроенето 273

И З П О Л З У В А Н А Л И Т Е Р А Т У Р А

УВОД

1. Р а к о в с к и й , В. С., Метатлокерамика в машиностроении. Машгиз, М ., 1948.2. S i l b e r e i s e n , H. , Ingenieursbald, 35, 1966, 373.3. M i n o r o u O d z a s s a . Metals Engng., 5, 1965, 7.4. K i e f f e r , R.,G. Jangg. Allg. und prakt. Chera,, 21, 1970, N° 5, 149.5. Ф е д о р ч е н к о , И. M. В сб. .Современные проблемы порошковой метал­

лургии' Наукова думка, Киев, 1970, 5.6 . А й з е н к о л ь б , Ф. Успехи порошковой металлургии. Металлургия, М., 1969­7. New Horisons in Powder Metallurgy. Metalwork. Product., 113, 1969, № 34, 45.8 . P a д о м ы с е л ь с к и й , И. Д. , Г. Г. С е р д ю к . Порошковая металлургия,.

1970, № 1 , ю.9. S i m p s o n , Ch., Engineering, 2 ПР, 1970, № 5418, 240.

10. S c h a t t , W. Neue Hütte, 15, 1970, № 2, 93.И . Л а м б и е в , Д. В сб. .Вселена 71". Наука и изкуство, София, 1972.12. Pr a t t , W. N. West. Mach, and Steel World, 61, 1970, № 4, 24.13. F ed o r t c h e n k о, I. M. Neuere U erkstoffentwicklung in der Pulvermetallurgie­

Abhandlung der IV pulvermetallurgischen Tagung. Dresden, 1969, Band 2r Vortrag 43.

14. Ф е д о р ч е н к о , И. M. В сб. „Современные проблемы порошковой металлур­гии". Наукова думка, Киев, 197и, 141.

15. Бо р о к , Б. А. Порошковая металлургия, 7, 1957, К? ln, 5.16. K i e f f e r , R. 7 Plansee Seminar. Reutie, Austria, VI, 1971, Band IV (Vor­

träge und Diskussionen).17. В я з н и к о в , H. Ф. , C. C. Е р м а к о в . Металлокерамические материалы и

изделия. Машиностроение, Л., 1967.

ГЛАВА 11. В я з н и к о в , Н. Ф. , С. С. Ер м а к о в . Металлокерамкческие материалы и

изделия. Машиностроение, Л ., 1967.2. Ф е д о р ч е н к о , И. М. , Р. А. А н д р и е в с к и й . Основы порошковой метал­

лургии. АН УССР, Киев, 1961.3. II о з дня к, Н. 3 ., А. Н. К р у ш и н с к и й . Проектирование и оборудование

цехов порошковой металлургии. Машиностроение, М ., 1965.4. E i s e n k o l b , F. Neue Hütte, 2, 1957, № 8 , 4b 1.5. А й з е н к о л ь б , Ф. Успехи порошковой металлургии. Металлургия, M.,lfc69.6 . Д ж о н с , В. Д. Основы порошксвой металлургии, част I — произволе!во»

металлических порошков. Мир, М ., 1964.7. P r o b s t , R. L. Metal Progress, 1962, July, 107.

274

8 . П о п о в , Е. Машиностроене, 1969, № 9, 394.9. Л а м б и е в , Д. K., Ж. К. По п о в , Р. П. То до ров. Тр. нац. конф. прах,

мет. XI, 1968, Варна, 569.10- Л а м б и е в , Д. , О. Б о я нов, Ж. П о п о в , Б. С т о я н о в . Тр. нац. конф.

прах. мет. X, 19'2, Варна (чод печат).11. W e bb , F. В. Патент Великобр. № 812341, заяв. 8.10. 1956, публ. 22.4.1959.12. B a t t e n , W. L., G. A. R o b e r t s . ПатентСАЩ, №29563U4, заяв. 6.12.1956,

публ. 18.10.1950.13. П а в л о в с к а я , Е. И. Б. Ф. Ш г б р я е в . Металлокерамкческие фильтры.

Нрдра, М ., 1967.14. С и л а е в , А. Ф. Порошковая металлургия, 1968, № 9, 1015. Ни чи п о р е н к о , О. С , Ю И. Н а й д а . Авт. свид.' СССР №246301,

заяв 24.10.1966, публ. 10.11.1969.16. Н а й д а , Ю. И. , О. С. Н и ч и п о р е н к о . Порошковая металлургия,9, 1969,

№ 6 , 5.17. С и л а е в , А. Ф. Порошковая металлургия, Труды научно-технической сессии.

Металлургизлат, М ., 1954, 92.18. G r o b e , A. H. , G. A. R o b e r t s . Proc. Met. Mold., 10, 1952, № 7, 23; №7,

67, № «, 36; № 8 , 74.19. W a t k i n s o n , .1. F. Powder Metallurgy, 1958, № 1 —2, 13.20. К р е ч м а р , Э. Напыление металлов керамики и пластмасс. Машиностроение,

М ., 1966.21. Р о с т о в ц е в . С Т. Теория металлургическийпрсцессов. Металургиздат, М.,

1956. '22. Ес ин, О. А. , П. В. Ге л ь д . Физическая химия пирометаллургических про­

цессов, «аст I. Металлургиздат, Свредловск, 1962.23. К у б а ш е в с к и й , О. , Э Эв а нс . Термохимия в металлургии. Инлит, М ,

1954.24. С в е л и н, Р. А. Термодинамика твердого состояния. Металлургия, М ., 19 >8 .25 Г е р а с и м о в , Я. И. , А. Н. К р е с т о в н и к о в , А. С. Ш а х о в . Химическая

термодинамика в цветной металлургии, т. I Металлургиздат, М ., 1960; т. II, Металлургиздат, М ., 1961; т. III, Металлургиздат, М., 1963; т. IV Метал­лургия, М ., 1966.

26. С а м с о н о в , Г. В. и сътр. Физико-химические свойства окислов, Металлур­гия. М., 1969.

27. D e l m o n , В. Introduction à la Cinétique hétérogène. Technip, Paris, 1969.28. C h a r o s s e t . H. ,P. G r a n g e , Y. 1 r a m b o u z e . Compt. rend. Acad. Sei. Paris,

273, 1971, 1298.29. G a l l o , G. , M. D e l G u e r r a . Ann. Chim. iRome), 14, 1951, 51.30. O a t e s , W. A D. D. To d d , J. A u s t r . Inst. Metals, 7, 1962, 109.31. П о х в и с н е в , A. H . , И. Ю К о ж е в н и к о в , A. H. С пек тор, E. H.

Я р х о . Внедоменное получение железа за рубежом. Метал 1>ргия, М 1964.32. С а м с о н о в , Г. В. , С. Я- П л о т к и н . Производство железного порошка.

Металлургиздат, М ., 1957.33. К н я з е в , В. Ф., И. Л. Л у р ь е , H. Н. Т и м о ш е н к о . Порошковая ме­

таллургия, Доклады 4-ого Всесоюзного научно-технического совещания по вопросам порошковой металлургии. Ярославль, НТО Машпром, 1956, 153.

34. Р а д о м ы с е л ь с к и й , И. Д. В сб. .Современные проблемы порошковой ме­таллургии“ Наукова думка, Киев 1970, 21.

35. The Pnrofer Process. Thyssen Niederrheim A. G. Hütten-und Walzwerkei November 1971.

36 К у р ч а т о в , M. C. , Д. Л а м б и е в , В. П а р г а р о в а . Доклады Болг. АН, ’ 18, 1965, №12, 1133.

275

37. А й з е н к о л ь б , Ф. Порошковая металлургия. Металлургиздат, М., 1959.38. N a e s e r , G., H. S t e f f e , W. S c h ol z. Stahl und Eisen, 68,1948,№ 19—20, 346.39. Л ам б и ев, Д ., М. К у р ч а т о в . Изв. Инст. обша и неорг. химия. Бълг.

АН, 3, 1965, 163.40. Л а м б и е в . Д. , Ai . Б о я д ж и е в , М. К у н ч е в а . Доклады Болг АН, 19,' •! 1966, 1031; Изв. Инст. обща и неорг. химия, Бълг. АН, 5, 1956, 93.41. Л а м б и е в , Д. K., C. X. С т о я н о в а . Доклады Болг. АН, 22, 1969, 1245.42. L a m b i e v , D. К . , Т. Т. T o m ova, D. V. S a m s o n o v . Neuere Werkstoff­

entwicklung in der Pulvermetallurgie, Abhandlung der IV pulvermetallurgi­schen Tagung. Dresden, IX. 1969, Vortrag 25; Powder Metallurgy International,4, 1972, № 1, 17.

43. С а м с о н о в , Г. В . , Д. К. Л а м б и е в , В. X. Пан га ров а Т. Т. То м о в а. Ill Konferenzya Metalurgii Proszkow. Zakopane, Polska, 1971, Volume, I, 338.

44. L a m b i e v , D. K. , Q. An. G o s p o d i n o v , V. H. P a n g a r o v a . 7 Planseef Seminar. Reutte. Austria, 1971, Vorabdrucke, Band I, Vortrag 15.45. З е л и к м а н , A. H. Молибден. Металлургия. M ., 1970.46. С м и т е л л с , K. Дж. Вольфрам. Металлургиздат, М ., 1958.47. Г о л о в а н о в , Я. H., А. И. К р а с о в с к и й , В. Л. З о т о в , В. П. Куз -

мин. Ж. Неорг. химии, 10, 1965, № 8 , 1948.48. М с. Mu r r a y , R. H. S i n g l e t o n , K. E. M u s z a r , D. R. Z i m m e r m a n .

J. Metals, 17, 1965, № 6 , 600.49. Б ор о к, Б. А , В. Г. Т е п л е н к о . В сб. „Порошковая металлургия* Ме­

таллургия., М., 1965, 69.50. Б ор о к, Б. А. Порошковая металлургия. 7, 1957, №10, 5.51. С а м с о н о в Г. В.,В. А. П а д е р г и н . В сб. „Металлотермические процессы в

химии и металлургии“. Наука — Сибирское отделение, Новосибирск, 1971, 5.52. К и ф ф е р , Р., П. Ш в а р ц к о п ф , Твердые сплавы. Металлургиздат. М.,

1957.53. С а м с о нов, Г. В ., Я. С У м а н с к и й . Твердые соединения тугоплавких ме­

таллов. Металлургиздат, М ., 1957.54. С а м с о н о в , Г. В., Л. Я. М а р к о в с к и й , А. Ф. Жиг а ч , М. Г. Валяш-

ко. Бор, его соединения и сплавы. АН УССР, 1960.55. Н е к р а с о в , Б. В. Курс по обша химия. Наука и изкуство, София, 1951, 165.56. К у д р а , О. , А. Гит ман. Электролитическое получение металлических

порошков. АН УССР, Киев, 1952.57. Е г е р а , Г. Электрометаллургия водных расстворов. Металлургия, М., 1966.58. С к о р о х о д , В. В. В сб. »Современные проблемы порошковой металлургии*,

Наукова думка, Киев, 1970, 13.59. Ф р а н ц е е в и ч , И H. , О. К. Т е о д о р о в и ч , Г. В. Л е в ч е н к о . Электро­

технические металлокерамические изделия, ЦИНТИ, М ., 1962, 99.60. Б о я д ж и е в , Ал., М. К у н ч е в а , М. Н и ко л о в, Д. y i я м б и ев. JH In­

ternational Powder Metallurgy Conference. Karlovy Vary, CSSR, 1970, VolumeII, Part 2, 49.

61. Б е л о з е р с к и й , H. А., Л. Д. С е г а л ь , Л. P. М е л ь ц е р . В сб. „Полу­чение, свойства и применение тонких металлических порошков" Наукова думка, Киев, 1971, 63.

62. К р и ч е в с к а я , О. Д., В. Л. К р е м н е в , К. Н. Б о л о т о в а . В сб. „Полу­чение, свойства и применение тонких металлических порошков“ Наукова думка, Киев, 1971, 69.

63. Р а к о в с к и й , В. С. Сталь, 8 , 1948, 1119.64. L a m b i e v , D. K., М. S. K o u r t c h a t o v . Met. itaJ., 6 fl, 1968,853; Com. of

Departm. of Chem., Bulg, Acad. Sei,, 2, 1969, №1, 1.

276

65. Л а м б и е в , Д. K. , H. Н. П а с к а л е в . Авт. свидетелство НРБ №11047 п ЯВ' 26.6.1962, публ. 8.9.1965.

оо. Л а м б и е в , Д. , 0 . Бо я н о в . Тр. нац. коиф. прах, мет., X. 1972, Варна (под печати.

67. Л а м б и е в , Д. Порошковая металлургия (под печат).ой. 1 у п г е н е в , И. С . , Г. 3. За м е с о в а , В. М. А м о с о в . В сб. .Получение,

сройовэ и применение тонких металлических порошков". Наукова думка, Киев, 1971, 41.

69. С а н и н , А. В. , Б. А. Б о р о к, Ж. И. Д з е н е л а д з е, П. М. Усач"ев.-7Л г- Порошковая металлургия в новой технике" Наука, М., 1968,72./ 0 . Г р а ц и а н о в , Ю. А., Б. Н П у т и м ц е в, А. Ф. С и л а е в . Металлические

пгргшки из разплавов. Металлургия, М., 1970.71. Г о л д а е в И. П., А. П. М о т о р н е н к о , А. П Ш е в ч е н к о , Ю. А. Ла-

с т и в н я к . Веб . , Получение, свойства и применение тонких металлических порош<гв“- Наукова думка, Киев, 1971, 3.

72. С и л а е в , А. Ф. Порошковая металлургия, 7, 1967, № 5, 14.73. Ф р д о р ч е н ко, И. Н. , О. С. Н и ч и п о р е н к о. Докл. АН СССР, 179, 1968,

№ 3, 578.74. Н и ч и п о р е н к о , О. С. , Ю. И. Н а й д а . Поропг свая металлургия, 8 , 1968,

№ 10, 1.75. Н и ч и п о р енко , О. С. Порошковая металлургия, 9, 1969, №11, 1.76. Л я м б и е в . Д. К., Ж. К. По п о в , Р. П. Т о до ров. Авт. свидетелство

НРБ, № 13525. заяв. 26.3.1968, публ. 11.11.1968.77. Р е ниш, М. В сб. , .Новые материалы, получаемы; методами порошковой

металлургии“ Металлургия, 1966, 31.78. Ф р е н к е л ь , Я. И. На эаре новой физики. Наука — Ленинградское отд.

Л , 1970, 2(8.79. Superalloy powders produced in tonnage quantities. Automation (USA), 17,

1970, № 5, 22.80. D o rn 5 a, A ., G. M a t e i . Патент CP Румъния №51922, заяв. 25 01.1968,

пуб I. 10.11 1969. '81. Tons of superalloy powders. West. Mach, and steel World, 61, 1970, № 4,

32, 34.82. S c h ä f e r , H. Feinwerktechnik, 74, 1970, №6, 248 .83. Н и ч и п о р е н к о , Ü. С. Докт. АН СССР, 193, 19.т0, № 4, 802.84. New horizons in powder metallurgy, Metalwork, Product,, 113 1969, № 34,45.85. Ч и ж и к о в Д. M Ю В. Ц в е т к о в и сътр В сб.,, Получение, свойства и

применение тонких металлических порошков“. Наукова думка, Киев, 1971, 204.8 6 . А к у н о в , В И. Изв. АН СССР, отд. Енергетика и автоматика, № 4, 1961, 55.87. В а г а р и, И с и х а с и . Патент Япония, № 10670, заяв. 28.11.1966, публ.

17.5.19-9.8 8 . А г р а н а т , Б. А. В сб. ..Получение, свойства и применение тонких металли­

ческих порошков“-. Науксва х,умка, Киев, 1971, 215.89. Д ым о в , А. М. Технический анализ руд и металлов. Металлургиздат, М.,

1949.90. М у х и н а , 3. С. , Е. И. Н и к и т и н а , Л. М. Б у д а н о в а , Р. С. В о л о ­

д а р с к а я , Л. Я. Пол як, А. А. Т и х о н о в а . Методы анализа металлов и ставов. Изд. оборонной промышленности, М ., 1959.

91. П е н ч е в , Н. П. , Б. Н. З а г о р ч е в . Курс по анзлитична химия. Техника, София, 1959.

92. Quantitative Bsstimmung von Gasen in Metallen. Z. Balzers-Kolloquium, Fürstentum, Lichtenstein, 1967.

277

93. Ф и г у р о в с к и й , Н. А. Седиментометрический анализ. АН СССР, М ., 1948.94. Б л и з н а к о в, Г. М . , И. Б а к ь р д ж и е в , Е. Го че в а . Авг. свидетелство

НРБ, per. №12828, 5.8.1969.95. ГОСТ 1С937—65.

96. Ф е д о р ч е н к о , И. М. , Н. А. Фи л а т о в а . Вопросы порошковой металлур- ; гии и прочности ма>еоиалов. VII, АН УССР, 1959, 105.87. H u l t h e n , S I. HOganas Iron Powder Handbook, Volume I, Binder 1, Section

A, Chapter 20, 1957.

ГЛАВА 2

1. S e e l i n g , R. The Physics of Powder Metallurgy. Me. Graw Hill, New York, 1951.

2. K o n o p i c k y , K. Raden Rundschau, 1948, 141.3 S m i t h , Q. Metal Industry, 72. 1948, 427.4. З н а т о к o b а. Т. И. , В. И. Л и х т м а н Доклады АН СССР, 97, 3,1954,575.5. A g t e , С. , К. O c e t e k , М. P e t r d l i k . Kurs praskove metalurgie, Praha,

1951.6 . Бабич, В. H., К. И. П о р т н о й , Г В. С а м с о н о в . Металлсведение и тер­

мическая обработка металлов, №1. 1960, 31.7. Б а л ь ши н , М. Ю. Порошковое ме1алловедение. Металлупгиздат, М ., 1948.8 . Ба л ь ши н , М. Ю Порошковая мета лургия. Металлургиздат, М ., 1948.9. М е е р с о н , Г. А. Порошковая мета ’лургия, № 5, 1962.

10. Д ж о н с , В. Д. Основы порошковой металлургии, вып. 2, М ., 1965.11. Ж д а н о в и ч , Г. М. Теория п,>есссвания металлических порошков. Металлур­

гия, Л ., 1969.12. Ф е д о п ч е н ко, И. М., Р. А. А н д р и е в с к и й . Основы порошковой ме-

тачлургии. Наукова думка, Киев, 1931.13. G o e t z el , С. Treatise o.i Powder Metallurgy, Interscience Publishers. New

York, 194914. D u w e z , D., L. Z w e l l . Journal of Metals, 1, 2, 1949, 137.15. U n c e l , H. Archiv fur Eisenhnttenwesen, 18, 1945, 161.16. Г о н ч a p о в а, В. H. Заводская лаборатория, № 5, 1948.17. T r z e b i a t o w s k y , W. J. of Pnys. Chem , 24, 1934, 75.18. Г а л ь п е р и н а , И , Я. Г е г у з и н , Б. Пи н е г , И. С м у ш к о в . Доклады

АН СССР, 8 8 , 1952, 365.19. А н д р и е в с к и й , Р. А. , И. М. Ф е д о р ч е н к о . Инженерно-физический

журнал, 3, 19о0, 83.20. П оз дн я к, Н. 3 ., А. Н. К р у ши н е кий. Проектирование и оборудование

цехов порошковой металлургии. М ., 1965.21. К о р н и л о в , И. И. , П. Б. Б у д б е р г . М. А. Во л ко в , В. Ф. П р а х а ­

нов, Е. И. Пылае ва . Титан и его гплаеы. АН СССР, М., 195822. Со к о л о в , Ю. А. Сб. , .Порошковая мет<)ллургия", вып 4, Киев, 1961.23. Б р о х и н , И. С , Д. Л Д е д е р м е е р , С. С. Ш а п и р о . Твердые сплавы.

Сб. труды ВНИИ ГС, № 1,1959.24. Ко л аров, Д. М. и д \ , Сб. трудове НИПКИЕП.25. D o y l e , W. Sheet Metals, 74, 1955, 889.26. J. Japan Inst, of Metals, № 4, 1962, 26.27. А й з е н к о л ь б , Ф. Успехи порошковой металлургии. М., 1965.28. К и п а р и с о в , С. С., Г. А. Л и б е н с о н . Порошковая металлургия, М ., 1972.29. Н и к о л а е в , А. Н. Труды Горьковского политехи, института, т. XIV, вып. 2.

Горький, 1958.

278

30. А к с е н о в , Г. И. Прокатка металлических порошков в ленту. Сб. „Порош­ковая металлургия“. Труды ВНИТОМ. Металлургизлат, М ., 1954.

o i. C l a r k , F. Advanced Techniques in Powder Metallurgy. New York, 1963 (превод на руски, М ., 1965).

32. S c h w a r z k o p f , P. Powder Metallurgy Bull. , 4, №2, 1949.33. Р о м а н , О. В. Сб. „Современные проблемы порошковой металлургии“.

Наукэва думка, Киев, 1970.f - ’ а n’ Р- The. ASEA — STORA process, Iron and Steel, 43, 1970, 49.

г ОЛ| Carbide makers get hip with H. I, P ., Iron Age, 208, № 11 19/1, 51.

Г Л А В А 3

1. Г а р н е р , В Химия твердого состояния. Инлит, М ., 1961, 160.2. Г е г у з и н , Я. Е. Физика спекания. Наука, М., 1967.3. И в е н с ен, В. А. Кинетика уплотнения металлических порошков при спе­

кании. Металлургия, М., 1971.4. S k o r o h o d , V. V. Physics of Sintering, Special issue, sept. 1971, 53.5. Д ж о н с , В. Д. Основы порошковой металлургии, ч. II— IV „Пресование и

спекание“. Мир, М ., 1965.6. А^йз енкольб , Ф. Успехи порошковой металлургии. Металлургия, М.,

7. П и н е с, Б. Я. Успехи физических наук, 52, 1954, 501.8. Ф е д о р ч е н к о , И. М. , Р. А. А н д р и е в с к и й . Основы порошковой ме­

таллургии, АН СССР, Киев, 1961.9. R i s t i c , М, М. Physics of Sintering, Special issue, sept. 1971, 1.

10. А н д р и е в с к и й , P. А. , И. М. Ф е д о р ч е н к о , Укр. хим. ж урн., 26, I960, № 5, 614.

11. Т р е с в я т с к и й , Р. А. Огнеупоры, № 3, 1960, 160.12. A r t h u r , G. J. Inst. M et., 83, № 7, 1955, 329; 84, № 9, 1956, 327.13. Рид, В. Дислокации в кристаллах. Металлургиздат, М ., 1954.14. C o t t r e l l , A. Dislocations and Plastic Flow in Crystals. Clarendon Pre§s,

Oxford, 1953.15. М а к - Л и н , Д. Грачицы зерен в металлах. Металлургизлат, М., 1950.16. Х а у ф ф е , К. Реакции в твердых телах и на их поверхности, т. I, Инлит,

М ., 1962.17. Кан, Р. Физическое металловедение, т. 1—3, Мир, М ., 1967— 1968.18. Б о л д ы р е в , В. В. Влияние дефектов в кристаллах на скорость термическо­

го разложения твердых веществ. Изд. Томского унив., Томск, 1963.19. Х е н н е й , Н. Химия твердого тела. Мир, М ., 1971.20. Б р у к с , П. В сб. „Примесы и дефекты“. Металлургиздат, М ., 1959.21. Пи не с , Б. Я. Ж. техн. физ., 16, 1946, 737.22. Г е г у з и н , Я. Е . , И. М. Л и ф ш и ц . Физ. тв. тела, 4, № 5, 1962, 1326.23. B o c k s t i e g e l , Q. Hoganas Iron Powder Handbook. Volume 1, Binder II, Section

E. Chepter 20, 1957.24. H e r r i n g , C. The. Physics of Powder Metallurgy. Me Grow-Hill, New York,

1951, 143.25. Ф р е н и е л , Я. И. Жур. експ. теор. физ., 16, 1946, 29.26. N a b a r r o , F. Reports Conf. Strenght of Solids. Bristol, 1948, 75.27. H e r r i n g C. J. Appl., Phys., 21, 1950, 437.28. Пи нес , Б. Я. Укр. физ. жур., 52, 1954, 501.

279

29. A r b s t e d t , P G., G. T. G u s t a v s s o n . Hoganas Iron P o w d e r Handbook. Volume I,Binder Il.Section E, Chapter 50, 1962.

30. H e id e m a n n, H. E. Mennesmann-Pulvermetal GMBH. Sprechsaal fitr Keramik, Glas, Email, Silikate, 100. 1967, №24, 949.

31. П о з д н я к , H. 3. , A. H. К р у ш и н с к и й . Проектирование и оборудование ц:хов порошковой металлургии, М ., 1965.

32. Р о с т о в цев, С. Т. Теория металлургических процессов. Металлургиздат, М , 1956.

33. Е с и н , О. А. , Ш. В. Ге ль д. Физическая химия пирометаллургических процессов, ч. 1, Мета1лургиздат, Свредловск, 1962.

34. Г е р а с и м о в , Я. И., А. Н. К р е с т о в н и к о в , А. С. Ш ахов. Химическая термодинамика в цветной металлу)-гни, т. 1, Металлургиздат, М., 1960; т. 2„Металлургиздат, М., 1S61; т. 3, Металл} рп.здат, М., 1S63; т. 4, Металлургия

М., 1966.35. У о к е р П. Л., Ф. Р у с и н к о , Л. Г. О с т и н . В сб. „Реакции углерода с

газами". Инлит, М., 1963, 9.36. В о й т о в и ч , Р. Ф. Справочник „Тугоплавкиесоединения, термодинамические

характеристики“. Наукова думка, Киев, 1971.37. Му р а ч , Н. Н. Справочник по цветным металлам, т. 1. Металлургиздат,

М., 195338. С а в и ц к и й , Е. М., Г. С. Б у р х а н о в . Металловедение тугоплавких ме­

таллов и сп швов. Наука, М., 1967.39. MO b i u s , Е. Н., F. К га 11, Metall, 23, 1969, № 4, 314.40. W i e b e r g , О., B e r g s i n g . Hoganas Jlron Powder Handbook. Volume I,

binder II, Seciion E, chapter 40, 1957.41. Све лин , P. А. Термодинамика твердого состояния. Металлургия, М., 1968.42. С а м с о н о в , Г. В, и сътр. Справочник „Физико-химические свойства окис­

лов“ Металлургия, М , 1969.43. Эс т р и н , Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер.

Металлургиздат, М., 1963.44. Ж о р н я к , А. Ф. Защитные газовые среды. АН СССР, Киев, 1970.45. Пе н ч е в , Н. Н., Б. Н. З а г о р ч е в . Курс по аналитична химия. Техника,

София, 1959.46. S t r a t t , R. J. Phys. Z , 14 1913, 215.47. V a c e k , J. Planseeber. Pulvermetallurgie, 7, 1959, 6.48. B r o p h y , J. H., H. W. H a y d e n . J. Wulf, Trans. Met. Soc. AIME, 221, 1961,

1225; 224, 1962, 787; 227, 1963, 598; 230, 1964, 769.49. To t h , I. J., N. A. L o c k i n g ton. J. Less-Common Metals, 12, 1967, 353.50. Сомин, Б. X., E. В. Г о р б а ч е в с к и й , В. Б. Латш, Н. Г. Ми н а е в .

Тр. Куйбиш. авиац. инст., 16, 1963, 141.51. Па н и ч к и н а , В. В., В. В. С к о р о х о д . Порошковая металлургия, 7, 1967,

№ 2, 1; № 7, 58; № 8, 46.52. С а м с о н о в , Г. В., В. И. Я к о в л е в . Порошковая металлургия, 7, 1S67,

№ 7, 46; № 8, 10.53. S a m s o n o v , G. V., V. I. Y a k o v l e v , D. К. L a m b i е v, Т. Т. Т о m о v а.

Physics of Sintering, Special issue, sept. 1971, 27.54. L a m b i e v , D. K., G. A. G o s p o d i n o v , V H. P a n g a r o v a . 7 Plansee,

Seminar, Reutte, Austria, VI. 1971, Band I (Vorabdriicke), Vortrag 15.55. S m i t h , J. T. J. Appl. Rhys., 36, 1965, 595.5 6 . L a m b i e v , D. К., Т. T. T o m ova , G. V. S a m s o n o v . Powder Metalurgy

International, 4, № 1, 1972, 17.57. D u c k e t t , P., D. A. R o b i n s . Metallurgia, 74, № 44*1, 1966, 163.

280

58. Б а л ь ш и и , М. Ю. Порошковое металловедение. Метяллургиздат, М., 1948.59. N or t h с о 11, L. Molybdenum. Butterworth Scent. Public., 1956, 36.60. А н д р и е в с к и й . P. А., И. М. Ф е д о р ч е н к о , Г Г. Г н е с и н , В. В.

С к о р о х о д В сб. „Порошковая металлургия в машиностроении и приборо­строении“. НТО Машпром, Киев, 1951.

61. А г т е , К., Н. В а н е к Вольфрам и молибден. Энергия, М., 1964.62. А н д р и е в с к и й , Р. А., И. М. Ф е д о р ч е н к о . Доклады АН УССР, № 4,

1959. 392.63. Е u d i е г М. Symposium of Powder Metallurgy. Spec. Rep. № 58, Londo^

1956, 9.64. E u d i e r , M. Symposium of Powder Metallurgy. Spec. Rep., № 58, London

1956, 346.65. И в е н с е н , В. А. Ж. техн. физ., 22, 1952, 677.

ГЛАВА 4

1. Х а н с е н , М., К. А н д е р к о . Структуры двойных сплавсв. т. 1 и 2, Метал- лургиздат, М., 1962.

2. М у р а ч, Н. Н. Справочник по цветным металлам, т. 2, Металлургиздат, М., 1955.

3. Ад а м, Н. К. Физика и химия поверхностей. Госте шздат М., 1947, 250.4. S e m l a k , К., С. S p e n c e r , F. R i n e s . J. Metals, 9. trans. 1, 1957, 63.5. А р т а м о н о в , А. Я. Порошковая металлургия, № 2, 1962.6. П о з д н я к , Н. 3., А. Н. К р у ш и н с к и й . Проектирование и оборудована

цехов порошковой металлургии. М., 19i5.7. Ф е д о р ч е н к о , И. М., Р. А. А н д р и е в с к и й . Основы порошковой ме­

таллургии АН СССР, Киев, 1961.8. К а б е л ь с к и й , И. М., Н. Н. Д о р о ж кин. Новый способ калибрования

металл'керамических деталей, Порошковая металлургия, № 3, 1961.9. G o e t z e l С. Т. Treatise on Powder Metallurgy, v. I, New York, 1949, 658.

10. G o e t z e l , С Iron Age, 150, 1955, 313.11. Ф е д о р ч е н к о , И. М., М. А. Д и м и т р и е в а . Порошковая металлургия,

№ 1, 1961.12. А к с е н о в , Г. И.. В. К. С о р о к и н . Порошковая металлургия. Сб. НИИ-

Автопром, № 2, 1955.13. S t e r n , G., I. G r e n b e r g . J. Powder Metallurgy Bulletin, 2, 1946, 4.14. H a n s e l , F., E. L a r s e n , E. S w a r z . Trans. AlMME, 16«, 1916, 553.15 Ф р а н ц е в и ч , И. H., О. К Т е о д о р о в и ч . Сб. Машиностроение и при­

боростроение“, выл. 10 Киев, 19S8.16. S t e r n , G. Greenberg, J. Iron Age, 157, 1946, 56.17. Б о г а тин, Д. Е. Производство мета лскерам„ческих деталей. Москва, 1968.18. П у г и н а , Л. И., Ф. И. Ш а м р а й Сб „Порошковая металлургия в

машиностроении и приборостроении“- Киев, 1961.19. C o h n , С. Proc. Metal Powder Assocbtion, 1955.20. А п и н и н с к и я , JI. М., И. Д. Ра д о м ыс е л ьский. Порошковая металлургия,.

№ 5, 1965.21. Hoganas Iron Powder HandbooK, Volume I, 1957—1958.22. Ф е д о р ч е н к о , И. М., H. А. Ф и л а ю в а . Исследования по жаропрочным

сплавам, т. IV, АН СССР, 1959.23. Г о р ч а к о в а , А. В., А. С. С а р в и н а . Порошковая металлургия, сб. НИИ-

Автопром, № 1, 1955.

281

1. Р а д о м ы с е л ь с к и й , И. Д. Порошковая металлургия, .V» 10, 1967.2. Ж о р н я к , А. Ф., И. Д. Р а д о м ы с е л ь с к и й . Порошковая металлургия, № 4,

1964.3. Д м и т р о в и ч , И. И., В. Ф. В о л о с , А. П. Л е б е д е в . Порошковая метал­

лургия. Сб. Трудов V.II Всесоюзной конференции по прогрессивным методам производства деталей из пороиш в. |Минск, 1966.

4. Б о г а т и н , Д. Е., Н. в. Ф а д е е в а . Порошковая металлургия, № 6, 1965.5. Р а д о м ы с е л ь с к и й , И. Д., М. А. К у з е н к о в а . Порошковая металлур­

гия, № 4, 1961.6. В а с и л ь ч и к о в , С. А., В. А. С у п р у н о в . Порошковая металлургия.

Рига, 19S8.7. В я з н и к о в , Н. Ф., С. С. Ер ма к о в . Металлокерамические материалы и

изделия. Л., 1967.8. А к с е н о в , Г. И., Г. 3. Б у н о в а . Порошковая металлургия, Сб. трудов

VIII Всесоюзной конференции по прогрессивным методам производства деталей из порошков. Минск, 1966.

9. Р а д о м ы с е л ь с к и й , И. Д. Сб. „Современные проблемы порошковой метал­лургии*. Наукова думка, Киев, 1970.

10. Л ь в о в , Г. К. Сб. „Опросы порошковой металлургии и прочности материалов“ АН УССР, № з, 1956.

11. Mefal Industry, 95, № 6, 1959, 121.12. С а в и ц к и й , Е. М., Г. С. Б у р х а н о в . Металловедение тугоплавких метал­

лов и сплавов Наука, М., 1967.13. С а м с о н о в , Г. В., И. Ф. Пр я д к о , Л. Ф. Пр я д к о . Конфигурационная

модель вещества. Наукова думкч, Киев, 1971.14 С м и т е л л с , К. Д ж. Вольфрам. Металлургиздат, М., 1958.15. П о з д и я к , Н. 3., А. Н. К г у ш и н с к и й . Проектирование и оборудование

цехов порошковой мегалургии. М , Г955.16. Д ж а ф ф и . Р. И., У. Дж. Х а р р и с , Н. Е. П р о м ыс е л . Проблемы совре­

менной металлургии, № 3,1961, 108.17. К у б а ш е в с к и й , О , Б. Г о п к и н с . О.сисление металлов и ставов. Ме­

таллургия, М., 1965.18. З е л и к м а н , А. Н. Молибден. Металлургия, М., 1970.19. Агте , К., Н. Ва ц е к . Вольфрам и молибден. Элергия, М., 1964.

ГЛАВА 5

ГЛАВА 6

1. Мо шко в , А. Д., Я. В. У с п е н с к и й . Териология производства и приме­нение пористых подшипников. Машгиз, Москва — Свердловск, 1959.

2. Мо шк о в , А. Д. Тоение и износ пористых металлокерамических материалов. Госиздат Уз ССР, Ташкент, 1962.

3. М о р о з о в , Ю. Ф. Сб. „Изготозление изделий методами порошковой метат- лургии“ Филиал В Ш и Т. 1, № 1, 1958.

4. Б е б н е в , П. И. Сб. Труды ЦНИИТМАШ, кн. 56, 1959.5. Блатин, В. И, П. Ф. Ж у к о в а и д р , Порошковая металлургия, № 2,

1931.6. А к с е н о в , Г. И., В. К. С ор о х и н, Г. Е. К у ч е рук, Труды ГПИ, г. 11,

№ 5, 1959.7. Пу г ина , X. И., Ф. И. Ша р май, ЦИТЭИ, выл. 9, 1960.

■282

О г>“ я з н и к о в , Н. Ф., С. С. Ер м а к о в . Металлокерамические материалы и изделия. Л , 1967.

9- Ф е д о р ч е н к о , И. М., Д. А. Д р а й г е р , Э. Т. Ма мыкин. Авт. свиде-10 реЛЬСТВ0 СССР № 159593, 30. II. 62.11 £ а К 0 в с к и й - С. Металлокерамические материалы в технике. М., 1965.11. И г н а т о в , Л. И. и др. Производство фрикционных материалов на железной

основе. М., 1988.12. Е р м а к о в , С. С. Новые материалы в машиностроении. Л., 1967.1о. К а н д а у р о в, Н, Н., И. И. С т р о г и й . Производство металлокерамической

тормозной ленты. М., 1963.14. Е р м а к о в , С. С. Труды ЛПИ, № 251, 1935.

р ИПаР ИС0в’ С- С., Г. А. Л и б е н с о н. Порошковая металлургия. М., 19/1.1о. I е о р г и е в , В., Д. А н д о н о в . Машиностроене, № 4, 1972.17. А г т е , Г., К. О ц е т е к . Металлокерамические фильтри и их изготовление,

свойства и применение, Л., 1959.18. Ф е д о р ч е н к о , И. М., В. С. П у г и н , В. С. С о л о и и н . Труды 7-ой

Всесоюзной конференции по порошковой металлургии. Ереван, 1964.19. П а в л о в с к а я , Е. И., Б. Ф. Ш и б р я е в . Металлокерамические фильтры,

М(] 1957.

ГЛАВА 7

1. К и ф ф е р , Р., П. Ш в а р ц к о п ф . Тверды сплавы. Металлургиядат, М., 1937.2. Т р е т ь я к о в , В. И. Me галлокерамические твердые сплавы. М., 1962.3. Р а к о в с кий, В. С , Г. В. С а м с о н о в , И. И. О л ь х о в . Основы произ­

водства твердых сплавов. М., 1962.4. З ел и км а н, A. H., О. Е. К р е й н , Г. В. С а м с о н о в . Метатлургия ред­

ких металлов. М., 1964.5. К р е й м е р , Г. С. Прочность твердых сплачэв. М., 1966.6. К и ф ф е р , Р., Ф. Б е н е з о в с к и й . Твердые сплавы. М., 1971.7. В а с и л е в , X., Н. Р а з к а з о в . Прахова мегалурги.!. Техника, Со^ля, 1972.8. G u r l a n d , I., R. B a r d z i l l , J. of Metals, 7, № 2, 1955.9. К р е й м е р , Г. C., A. И. Ба р а н о в , H. A. А л е к с е е в а . Изв. АН СССР,

ОТН. Металлургия и топливо, № 3, 1959.10. К р е й м е р , Г. С., Ф. Ф. С м и р н о в и др. Сб. Материалов по металло­

ведению и технологии изготовления металлокерамических твердых сплавов, тугоплавких металлов и соединений на их основе, ЦНИИЦветмет, част 1, М., 1962.

11. M e r c h a n t , М., Н. Er ns t . Principals of Metal Cutting and Machineability. Me Graw — Hill, New York, 1949.

12. C h i s h o l m , A. The Theory of Cutting Tool, Machinery, 61, № 5, 1955.13. D a w i h l , W., E. D i n g l i n g e r . Handbuch der Hartmetallwerkzeuge, Berlin,

1953.14. H i nn ü b e r , I. Stahl und Eisen, 62, 1942.15. А н д е р с , H. P- Твердые сплавы — инструментальный материал. М., 1983.16. В я з н и к о в , Н. Ф., С. С. Ер м а к о в . Металлокерамические материалы и

изделия. Л., 1967.17. Б е л е ц к а я , Э. И., А. П. С в и р и д о в . Алмазный инструмент, изготовлен­

ный методом спекания. Л_|НТ(1, выгс. 11— 12, 1959.

283

ГЛАВА 8

1. З е л и к м а н , A. H. Молибден. Металлургия, M., 1970.2. K i e f f e r , R., G. J a n g g . Allg. und prakt. Chem., 21, № 5, 1970, 149.3. К и п а р и с о в , C. С, Г. A. Л и б е н со н. Порошковая металлургия. М., 1972..4. С а м с о н о в , Г. В., К. И. П о р т н о й . Сплавы на основе тугоплавких со­

единений. М., 1961.5. С л е п ц о в , В. М., Т. Я. Ко со л ап о в а. Сб. .Современные проблемы по­

рошковой металлургии“. Наукова думка, Киев, 1970.6. К о л а р о в , Д. М. и др. Сб. доклади на I национална конференция по пра­

хова металургия, Варна, 1968.7. Ра ков с кий, В. С. Металлокерамическ^е материалы в технике, М., 1965.8. Высокотемпературные неорганические покрытия. М., 1968.9. Р а з к а з о в , Н. И., Д. М. К о л а р о в , Л. Ц. Г е о р г и е в а . Рудодобив и

металургия, № 3, 1969.10. Р е п к и р , Ю. Д. Металлокерамические жаропрочные сплавы, Киев, 1964.И. Ф р а н ц е в и ч , И. Н. Новые тенденции в разработке сверхпрочных и жаро­

прочных материалов, Сб. „Современные проблемы порошковой металлургии“, Наукова думка, Киев, 1970.

ГЛАВА 9

1. Ко л аров, Д. М., Н. И. Р а з к а з о в , Я. С. А н д р е е в а и др., Сб. тру­дове НИПКИЕП, т. III, 1967.

2. А н д р е е в а , Я. С., Д. М. Ко л аров. Сб. доклади III конференция по елек- тро!ехника, Букуреш, септември 1972.

3. К e i 1, A. Werkstoffe für elektrische Kontakte. Springer-Verlag, Berlin, Göt­tingen, i eidelberg, 1960.

4. S c h f e i n e r , H. Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte. Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1У64. '

5. Электрические контакты. Труды совещания Москва П965). Энергия, М,, 1967.6. Электрические контакты. Труды совещания Москва (1969) (под печат).7. Elektriche Kontakte 1970. Vorträge auf der 5 Internationalen Tagung über

elektrische Kontakte, München, V, 1970, Ba ld 1 u. 2, VDE Verlag GMBH, 1970.

8. Лекции всесоюзной школы по электрическим контактам и электродам, ч. I и И, Киев, 1969.

9. S t o l a r z , St. Materialy na styki elektryczne, Ed. „Naukowo-techniczne", Warszawa, 1968.

10. Усов, В. В. Металловедение электрических контактов. Госэнергиздат, М. Л., 1963. ,

11. Сильноточечьые электрические контакты, Наукова думка, Киев, 1970.12. Kontakte in der Elektrotechnik, Vorträge, gehalten auf der 3. Kontakttagung,

Berlin, IV, 1967.13. Металлокерамичени контгктни материал?, НИТИМ, София, 1971.14. Sintermetal, Handbuch, VEB Keramische Werke Hermsdorf, DDR, 1969.15. Контакты металлокерамические, Инфйрмэлектро, M., 1959.16. Elmet-Kontaktwerkstoffe, Metalwerk Plansee, Reutte, Austria, 1965.17. C u w o d u r , S i w o d u r . Sinterstoffe für extreme Schaltleistungen, DODUCO

Pforzheim, B.R.D. ,18. Ф р а н ц ее вич, И. H., О. К. Т е о д о р о в и ч , Г. В. Л е в ч е н к о . В сб.

.Электротехнические металлокерамические изделия“ ЦИНТИ, М., 1962, 99.

284

19. Б о я д ж и е в , А л , М. К у н ч е в а , М. Н и к о л о в , Д. Л а м б и е в . III international Powder Metallurgy Conference, Karlovy Vary, CSSR, 1970, Volu­

m n e i part- 2’ 49­Л). Л а м б и е в , Д. K., T. T. Т о м о в а , М. С. К у н ч е в а , Г. A. Г о с п о д и - .01 п ° В-«^ВТ' свиде,елств0 НРБ N° 13838, заяв. 11.11.1968, публ. 20. 9. 1969.i l . Л а м б и е в , Д. K., М. С. К у н ч е в а . Электрические контакты. Труды сове-

щаиия Мо;ква (1969) (под печат).22. L a m b i e v , D. K., M. S. К о u n t ch e va . Elektri sehe Kontakte, 1970, Vor­

träge der 5. internationalen Tagung über elektrische Kontakte, München, V 19/0, Band 2, VDE-Verlag GMBH, 1970, 22.

23. К у н ч е в а , M. C., Д. K. Л а м б и е в , H. Г. Ч е х л аров. Авт. свидетел­ство НРБ № 16528, заяв. 15. 4. 1971, публ. 25. 8. 1972.

24. Б р а д в а р о в , А. Авт. свидетелство НРБ № 13584, заяв. 7. 5. 1968, публ.15. 7. 1969.

25. Руководство по пайке металлов. Оборонгиз, М., 1960, 38.26. Г и я с б е й л и , X., Ал. Б р а д в а р о в . Трудове филиал .Металокерамика,

спец. сплави и конт. матер." при НИПКИЕП, т. I, 1967/68, 27.27. С м и т е л л с, К. Дж. Вольфрам. Металлургизда', М., 1958.28. З е л и к м а н , А. Н. Молибден. Металлургия, М., 1970.29. В я з н и к о в , Н. Ф., С. С. Е р м а к о в . Металлокерамические материалы и

изделия. Машиностроение. Л., 1967.30. Ф е д о р ч е н к о , И. М. В сб. „Современные проблемы порошковой метал­

лургии“ Наукова думка, Киев, 1970, 5.31. В я з н и к о в , Н. Ф„ H. Н. Па в л о в , Г. Л. О д и н е ц . Труды Ленинграде,

политехи, инст., № 251, Машиностроение, М. Л. 1965.32. М о л д о в а н о в а , М., Ст. Д и м и т р о в а , Ямаков, М. К о с т о в а и др.,

Електропромишленост и приборостроене, № 3, 1966.33. Г у х м а н , Г., М. К о с т о в а . Трудове филиал „Металокерамика, спец. сплави

и конт. матер.“ при НИПКИЕП, т. Ill, 1967.

ГЛАВА 10

'1 . Патрин' а, Н. А., С. И. Д м и т р и е в а . В сб. „Изготовление изделий ме­тодом порошковой металлургии. ЦИТЭИ, М., 1951.

>* 2. А л ь т м а н , А. Б., П. А. Г л а д ы ш е в , И. Д. Р а с т а н а в . Материалык 3-му научно-техническому совещанию по развитию производства и внедрению электротехнических изделий из металлокерамических материалов, ВНИИЭМ, М., 1964.

3. Г р а ц и а н о в , Ю. А., Б. Н. П у т и м ц е в . В сб. „Электротехнические метал­локерамические изделия“. ЦИНТИ, М., 1962.

4. А л ь т м а н , А. Б. Металлокерамика в электропромышленности. ЦИНТИЭЛА ’ М., 1961.

5. В я з н и к о в , Н. Ф., С. С. Е р м а к о в . Металлокерамические материалы и изделия. Машиностроение, Л., 1967.

6 Г л а д ы ш е в , П. А. В сб. „Электротехнические металлокерамические изде- ‘ лия“ . ЦИНТИ, М., 1У62.

7. Р а б кин, Л. И., С. А. С о с к и н , Б. Ш. Э п ш т е й н . Ферриты. Энергия— Ленинградское отделение, Л., 1968.

285

С Ъ Д Ъ Р Ж А Н И Е

УводП ъ р в а ч а с т

П олучаване на праховом еталургични материали и изделия

Г л а в а 1. П о л у ч а в а н е на м е т а л н и п р а х о в е Физични методи

1 Мехачично смилане на твърди метали и сплави 1.1.2- Разпрашаваке на стопени метали и сплави1.1,3. Кондензация на метални пари .

Химични методи 1.271. Редукция на метални окиси и съединения1.2.2. Електролиза на метални соли . . .1.2.3. 1?а; бонилен метод . Т- '; ~ . т т - ; -.

2.2.3. Техника на пресоването

ВидовЛеНИЯ И матеРиал на пресформите

мтоди на формоване на метални прахове . .Ил Р Що пресоване

0/ ■‘уундщучно пресоване

С«ГР1 й0ле(™ Р0™т"ч,0>

алцоване на метални прахове . аови насоки във формоването на метални прахове

л а в а 3. С п и ч а н е ^ --—'изикохимични основи на спичането

Практика на спичането .Получаване на защитни атмосфери . . .

пови насоки в спичането на праховометалургичните изделия

Гл а в а 4. Д о п ъ л н и т е л н и о п е р а ц и и и к о н т р о л на п р а х во м е т а л у р г и ч н и т е и з д е л и я

’Пропиване’ Калиброване .'Термична и химико-термична обработка

и Подобряване на физико механичните свойства £ Защита от корозия

"^Контрол; . \

В т о р а ч а с т

Приложение на праховометалургични материали и изделия - в машиностроенето

Г л а в а 5. П л ъ т н и п р а х о в о м е т а л у р г и ч н и м а т е р и а л и ] ’НЗ ТГЛТГяМатериали и изделия на желязна основа .

Материали и изделия на основата на цветни метали Материали и изделия на основата на труднотопими метали и сплави

Г л а в а 6. П о р е с т и п р а х о в о м е т а л у р г и ч н и м а т е р и а л и 1и з д е л и я .. \ .

I Антифрикционни материали и изделия . . ....ГТехнология на производството на железни и желязо-графитови лагерг

| втулки .^ Технология на производството на бронзо-графитови лагерни втулки

Свойства на антифрикционните материали и изделия ” ^Фрикционни материали и изделия

✓Прахово.металургичяи филтри

Г л а в а 7. Т в ъ р д и с п л а в и ^Особености при изработването и свойства на твърдите сплави (Твърди сплави за режещи инструменти .!Твърди сплави за износоустойчиви инструменти

' ■ Твърди сплави з.ч рудодобивни инструменти 'Диамштени праховометалургични инструменти

?!I л а в а 8. В и с о к о т е м п е р а т у р н и п р а х о в о м е т а л у р г и ч Я И1 м а т е р н а ли и и з д е л и я . *

й о' ^ атеРиали и изделия на основата на труднотспими метали . ■ 0.2. Материали и изделия на основата на труднотопими металоподоб™

съединения . 28.3. Дисперснозаякчени материали и издешя **

/ у Г л а в а 9. Е л е к т р о т е х н и ч е с к и п р а х о в о м е т а л у р г и ч н и ма­м т е р и а л и и и з д е л и я 24

9.1. Електронагревателни елементи 2|9.2. Контактни материали 2!9.3. Материали и изделия за радиоелектронната и ва<уумната техника . %9.4. Полупроводникови праховометалургичии материали и изделия 26

Г л а в а 10. М а г н и т н и п р а х о в о м е т а л у р г и ч и и м а т е р и а ­ли и и з д е л и 2?

10.1. Магнитопроводи 2(10.2. Магнитномеки материали . 210.3. Магнитнотвърди материали 2(10.4. Магнити от спечени неметални прахове . 27

ПРАХОВАТА МЕТАЛУРГИЯ В МАШИНОСТРОЕНЕТО

инж. Димит ър Костов Ламбаев, инж Димит ър М арицов КоларовРецензенти: инж. Кирил Иванов, к.т.н. инж. Д инко Кунев ,

Научен редактор П авлина Д рум ева Ху ожник Л азар Коцев Художник-редактор Л азар Ки * Технически редактор Д ора М ечнова Коректор М ерияна Тотева *Дадена за набор на 7. VIII. 1973 г. Подпи:ана за печат на 30. X. 1973 г. Излячла от п- на 30. XI. 1973 г. Лит. гр. Ш-1 Тематичен № 1481/73 г. Издателски № 7849 Формат 00x84^' Печатни коли 18,25 Издателски коли 15,37 Тираж 1589 Цена 1,43 лв. ^

Държавно издателство „Техника“ — София, бул. руски 6 ЦДържавна печатница „Г. Д им ит ров“ —Шу • ен пор. № 1300