Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Факторы, нарушающие нормальный ход спекания металлических порошков

01.05.2019


Характерным явлением, сопровождающим нормальный ход процесса спекания брикетов, спрессованных из порошков, является уменьшение объема (усадка). Однако в ряде случаев монотонный ход кривых, характеризующих усадку как функцию температуры или времени спекания, нарушается. Основными причинами таких нарушений являются следующие: снятие упругих напряжений, возникших при прессовании, наличие пленок невосстанавливающихся окислов, наличие фазовых превращений и выделение газов.

Снятие упругих напряжений может быть причиной увеличения объема (роста) брикетов, наблюдающегося при температурах ниже рекристаллизации. Степень увеличения объема определяется в этом случае величиной внутренних напряжений, накопившихся при прессовании и зависящих от давления прессования, характера прессуемого материала и ряда других факторов.

Весьма существенное влияние на ход усадки оказывают окисные пленки на поверхности частиц. Если процессы поверхностной диффузии тормозятся пленкой невосстанавливающихся окислов, то усадка не только полностью отсутствует, но при достаточно высоких температурах спекания может наблюдаться рост спекаемых брикетов. Так, например, ведут себя образцы из порошков алюминия и его сплавов. На рис. 159, по данным работы, показано поведение брикетов различной плотности из порошка дюралюминия при спекании. Из рисунка видно, что выше температур спекания (400—500°) наблюдается уменьшение плотности образцов. Причем, в случае большей исходной плотности (верхняя кривая) уменьшение плотности наступает при более высокой температуре.
Факторы, нарушающие нормальный ход спекания металлических порошков

В телах, спрессованных из металлических порошков с пленками восстанавливающихся окислов, может наблюдаться различное влияние окислов на усадку в зависимости от характера металла, условий образования закрытой пористости и удаления газообразных продуктов реакций. В брикетах из железного порошка наличие пленки окислов увеличивает усадку. В телах, спрессованных из порошков меди и никеля, часто наблюдается уменьшение плотности в результате действия газов, заключенных в закрытых порах.

Ранее мы уже отмечали, что открытые поры превращаются в закрытые при общей пористости менее 6—7%. Однако иногда образование закрытой пористости может наблюдаться при значительно большей общей пористости, в таком случае, как правило, наблюдается не усадка, а рост спекаемых тел. Характерно ведут себя в этом отношении порошки меди. В литературе неоднократно отмечалось, что спекание медных брикетов с низкой начальной пористостью приводит к увеличению объема.

Решающее влияние на склонность медных брикетов к росту при спекании оказывает содержание в исходных порошках окислов. Наши данные определения открытой и закрытой пористости в спеченных брикетах, изготовленных из предварительно отожженных при температуре 400° и неотожженных порошков, представлены в табл. 45. Отжиг порошков способствовал восстановлению окислов и соответственно увеличению пикнометрической плотности с 8,72 до 8,84 г/см2. Как показывают данные табл. 45, для плотных брикетов из неотожженных порошков, начальная пористость при спекании значительно увеличивается, причем почти все поры являются закрытыми. У брикетов, спрессованных из отожженных порошков, при тех же условиях спекания, наоборот, происходит снижение пористости, а открытая пористость преобладает, как правило, над закрытой.

Наличие в порошке окислов приводит, по-видимому, к активации поверхностных явлений в результате восстановления, и поэтому зарастание открытых пор в закрытые происходит интенсивнее. Ho продукты восстановления окислов частично не Успевают удалиться наружу, и их расширяющее действие препятствует уплотнению при спекании и вызывает даже рост. Кроме этого, во время спекания водород диффундирует внутрь частиц брикетов и восстанавливает внутричастичные окислы, диффузия же паров воды наружу происходит гораздо медленнее из-за большого размера молекул Н2О.

Как показали дилатометрические исследования, процесс восстановления окислов при спекании брикетов меди протекает в две стадии: в интервале температур 200—500° восстанавливаются окислы на поверхности частей, а при 900—950° восстанавливаются окислы внутри частиц. Обеим стадиям отвечают максимумы увеличения длины на дилатометрических кривых (рис. 160). Из графика видно, что предварительный отжиг вихревого медного порошка в водороде при температуре 600°, восстанавливающий поверхностные окислы, устраняет первый максимум расширения кривой 4. В этом случае образец дает только один максимум при температуре 900°, как и исходная медь, применявшаяся для вихревого размола. Показателем высокого давления газов, образующихся при восстановлении окислов, является наблюдавшееся возникновение трещин по границам зерен в образцах из катаной меди после нагрева в среде водорода.

Особенно заметное влияние окисленности исходного порошка меди на образование закрытых пор и рост брикетов проявляется в случае применения плотных спрессованных тел (пористость меньше или равна примерно 12%) и высоких температур спекания (—0,9 Табс.пл).

Таким образом, при спекании меди иногда может наблюдаться отрицательное влияние окислов на усадку и положительное влияние отжига на этот процесс. На практике следует учитывать эту особенность поведения меди. Так, для получения образцов с малой плотностью целесообразно прессовать образцы до пористости 25—30% и выше с тем, чтобы быть гарантированным от преждевременного образования закрытых пор. Как показали опыты Б.Я. Пинеса и А.Ф. Сиренко, прессование медного порошка в вакууме, а также последующее вакуумное спекание, позволяющее в значительной степени избежать влияния газов, устраняет почти полностью эффекты роста брикетов.

Давление газов в замкнутых порах является одним из основных препятствий при получении беспористых тел методом спекания порошков. В литературе описано несколько случаев спекания пористых тел до полного или почти полного удаления пор.

Характерно, что для достижения максимальной плотности при спекании меди и бериллия применялись не спрессованные брикеты, а свободно насыпанные порошки, которые спекались в вакууме. Эти обстоятельства способствовали предотвращению преждевременного образования закрытых пор.

Существенное влияние на процесс усадки может оказать также наличие фазовых превращений в спекаемом металле. Так, при спекании железных порошков при температурах превращения а—>у наблюдается уменьшение усадки и ухудшение свойств спеченных тел. Такое поведение порошков железа объясняется тем. что диффузионная подвижность атомов в а- и у-фазах резко различна, коэффициенты диффузии отличаются для этих случаев (например, при температурах 800 и 950°) на один-два порядка.

Из рис. 161 видно, что кривая усадки для изотермического спекания при температуре 1000° лежит значительно ниже кривой для 900 и даже 800°.

Отрицательное влияние фазового перехода на усадку и прочность спекаемых брикетов сильнее проявляется при большей их плотности.

При пористости брикетов ниже 13—15% обнаруживается по Достижении температуры 910° не только прекращение усадки, Ho даже уменьшение прочности. Причем оказывается, что образцы, имеющие пористость 15% (кривая 1 на рис. 162), спеченные в интервале 910—1000°, имеют более низкую прочность, чем спеченные при более низкой и более высокой температурах. У образцов с пористостью 25% (кривая 2) прочность не увеличивается в данном температурном интервале. Это явление объясняется неблагоприятным распределением напряжений, возникающих в спекаемом изделии при фазовой перекристаллизации.

Пониженная прочность изделий, спеченных при температурах несколько выше точки Aс3, является следствием разрыхления мест контактов между частицами в момент перехода железа а в у при температуре 910°. При нагреве брикета по достижении температуры точки Aс3 на его поверхности появляется слой у-фазы, граница которого постепенно перемещается внутрь. Так как железо у имеет меньший объем, чем а, наружный слой стремится сжаться, чему препятствует сердцевина, в результате этого в слое возникают напряжения растяжения. У достаточно плотных брикетов сопротивление сердцевины оказывается настолько высоким, что растягивающие напряжения в наружном слое способны привести к появлению ультрамикроскопических трещин — разрывов в местах контактов между частицами. Возникшие при фазовом превращении разрывы контактов не исчезают полностью в диапазоне температур спекания от 910 до 1050—1100° в результате пониженной подвижности атомов, и только спекание при температуре 1100° приводит к получению прочности, достигаемой в результате спекания при температуре 900°.

Отрицательное влияние фазового перехода а—>у в большей мере проявляется в случае применения тонких порошков.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: