mmu2.uctm.edummu2.uctm.edu/depts/mcm/e-library/Праховата металургия в... ·...
TRANSCRIPT
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