Методы производства металлокерамических изделии

Холодное прессование. Наиболее распространенным способом формования металлокерамических деталей яв­ляется холодное прессование смеси порошков с последу­ющим спеканием. Прессование состоит из ряда опера­ций: приготовления шихты, дозировки и засыпки шихты в прессформу, прессования, выпрессовки.

Приготовление шихты состоит из очистки порошков, от примесей, классификации, смешивания и гранулиро­вания. Качество подготовки шихты влияет на механиче­ские свойства готовых деталей. Дозировку шихты в: прессформы осуществляют по массе или по объему.

Холодное прессование подразделяют на односторон­нее и двустороннее.

Одностороннее прессование (рис. 444,а). Применя­ют для изготовления сплошных деталей простой конфи­гурации с отношением высоты к диаметру меньше двух, а при прессовании втулок с отношением высоты к тол­щине стенки — меньше трех.

Под влиянием давления частицы порошка перерас­пределяются, образуя плотную упаковку, деформируют­ся упруго и в конечный момент уплотнение происходит за счет пластической деформации частиц или их хруп­кого разрушения. Эти явления частично перекрывают друг друга и могут протекать одновременно. Давление по высоте прессуемой детали становится неравномерным ввиду влияния сил трения порошка о стенку прессформы, Неравномерное распределение давления приводит к не*
равномерной плотности детали и, следовательно, к ухуд­шению ее качества. Чем больше отношение высоты к диаметру, тем больше будет колебание плотности.

Двустороннее прессование (рис. 444,6). Такое прес­сование осуществляют взаимным движением навстречу друг другу двух пуансонов. Этот метод позволяет полу­чать детали с отношением высоты к диаметру больше

1 — пуаисон; 2 — контейнер; 3 — матрица

Рис. 444. Схема холодного прессо­вания:

1 — пуансон; 2 — металлический по­рошок; 3 — прессформа

Рис. 445. Схема мундштучно­го прессования:

двух, так как увеличивается равномерность распределе­ния плотности по высоте прессовки. При двустороннем прессовании для достижения одинаковой средней плот­ности требуется усилие на 30—40% меньше, чем при одностороннем прессовании.

При прессовании деталей сложной формы с перемен­ным сечением по высоте необходимо обеспечить равно­мерное обжатие порошка по всему объему. Это достига­ется применением нескольких пуансонов с независимым перемещением.

Гидростатическое прессование. Применяют для полу­чения металлокерамических заготовок простой формы. Металлический порошок, заключенный в эластичную резиновую или металлическую оболочку, подвергают всестороннему обжатию жидкостью в специальных уста­новках. Прочность и плотность получаемых изделий за­висят от давления прессования (10000—30 000 кгс/см²).

Установки для гидростатического прессования отлича­ются простотой конструкции и отсутствием дорогостоя­щих прессформ. Этим методом можно получать матери­алы с высокой равномерно распределенной плотностью, а также заготовки и детали больших габаритов. При из­готовлении деталей определенной формы необходимо применять дополнительную механическую обработку.

Мундштучное прессование. Применяют для получе­ния металлокерамических изделий с большим отношени­ем длины к диаметру (рис. 445). При мундштучном прес­совании в шихту добавляют до 10% пластификатора (парафина). Форма изделия задается формой матрицы и может быть любой сложности. Полые профили полу­чают с применением иглы. Изделия, полученные этим способом, имеют равномерную плотность.

Для прессования металлокерамических деталей при­меняют механические (эксцентриковые, кривошипные, кулачковые) и гидравлические прессы. Для повышения производительности целесообразно применять много­гнездовые прессформы, позволяющие формовать одно­временно несколько деталей.

Прокатка металлических порошков. Методом про­катки получают спрессованную ленту, которую подвер­гают спеканию. Металлические порошки прокатывают в вертикальном и горизонтальном направлениях. При про­катке в вертикальном направлении (рис. 446, а) над вал­ками 3 устанавливают бункер 1, который предохраняет порошок 2 от просыпания. В бункере создается столб порошка высотой, необходимой для непрерывного поступ­ления порошка под действием собственной массы в очаг деформации. Очаг деформации определяется углом за­хвата валков 3. При прокатке в горизонтальном направ­лении (рис. 446, б) применяют наклонный желоб или при­нудительную подачу порошка шнековым механизмом.

Объем порошка при прокатке уменьшается в не­сколько раз. Плотность получаемой ленты зависит от величины и соотношения диаметра валков, угла захвата и толщины прокатываемой ленты. Обычно отношение диаметра валков к толщине прокатываемой ленты вы­бирают в пределах от 100 :1 до 300:1. Скорость прокат­ки металлических порошков намного меньше скорости прокатки металлов. Ее величина ограничивается сыпу­честью порошка, т. е. линейная скорость поверхности валков должна быть меньше скорости перемещения по­рошка из бункера в зазор между валками. Поэтому ста­ны для прокатки металлических порошков имеют очень низкое число оборотов рабочих валков: 0,33—30 об/мин. Для заключительных отделочных операций применяют только двухвалковые и четырехвалковые станы.

Прокаткой можно получать двух- и трехслойные лен­ты по схеме, приведенной на рис. 446, е. В настоящее время методом прокатки металлических порошков по­

лучают ленты толщиной 0,025—3,0 мм и шириной 300 мм.

Прокатка* металлокерамических материалов являет­ся перспективным методом порошковой металлургии. Перед обычным прессованием она имеет ряд преиму­ществ: 1) отсутствие дорогостоящих прессформ; 2) воз­можность получения изделий относительно больших га­баритов при малой толщине и более однородных по плот­ности; 3) более высокая производительность; 4) не­большая мощность прокатных станов.

Спекание. После холодного прессования, прокатки и т. д. полученные материалы, заготовки и детали обла­дают невысокой прочностью. Для повышения прочно­сти проводят термическую операцию — спекание. Тем­пература спекания составляет % от температуры плав­ления металла порошка для однокомпонентной системы или ниже температуры плавления основного металла для многокомпонентной структуры. При спекании про­ходят сложные физико-химические процессы — восста­новление поверхностных окислов, диффузия, рекристал­лизация и др.

Технология спекания влияет на прочность и плот­ность изделий. Увеличение времени и температуры до определенного предела приводит к возрастанию прочно­сти и плотности в результате активизации процессов об­разования контактных поверхностей. Но с увеличением температуры и времени увеличивается интенсивность

роста зерен, что может привести к снижению механиче­ских свойств изделия. При спекании происходит усадка, величина которой зависит от дисперсности, порошка, температуры и времени спекания. Спекание снимает ос­таточные напряжения, изменяет физические свойства и улучшает механические свойства изделий.

Различают спекание в твердой и жидкой фазах. Пос­леднее возможно только при многокомпонентных систе­мах, когда один или несколько компонентов переходят в жидкое состояния. Спекание с жидкой фазой позволяет получать более плотные изделия за счет активизации капиллярных сил, приводящих к затягиванию пор.

В промышленности большее распространение полу­чил процесс спекания в твердой фазе, когда спекание отдельных элементарных кристаллов происходит за счет диффузии в твердом состоянии.

Для спекания применяют пламенные или электриче­ские печи. Спекание проводят в вакууме или в защитной атмосфере из водорода, окиси азота с водородом, водя­ного газа, генераторного газа и т. д.

Так как при спекании возможно коробление, то тон­кие и плоские детали спекают под давлением. Получен­ный брак (низкая прочность, окисление) исправляют повторным спеканием.

Горячее прессование заключается в совмещении опе­раций прессования порошка и спекания. Повышенная температура порошка позволяет применять значительно меньшие усилия, чем при холодном прессовании. Дета­ли, полученные горячим прессованием, имеют хорошую однородность, более высокие прочность и плотность.

Горячее прессование применяют для изготовления деталей из твердых сплавов и специальных жаропрочных материалов, а также для деталей с большой разницей диаметральных размеров и толщины.

При горячем прессовании применяют графитовые или угольные прессформы, реже стальные. Нагрев по­рошка и прессформы осуществляют индукционным и электроконтактным методами.

Несмотря на большие преимущества горячего прес­сования, применение его ограничено рядом недостатков: 1) графитовые и угольные прессформы имеют низкую стойкость (четыре-пять прессовок) и оказывают наугле­роживающее действие; 2) высокая температура процес­са вызывает трудности в выборе материала для пресс-

56-481
форм, значительно усложняет их конструкцию; 3) воз­никают большие трудности при создании защитной атмосферы; 4) горячее прессование по сравнению с хо­лодным прессованием малопроизводительно.

ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

При необходимости спеченные металлокерамические изделия подвергают отделочным операциям: калибро­ванию, обработке резанием, термической и химико-тер- мической обработке, повторному прессованию.

При калибровании спеченное изделие продавливают через определенное отверстие в стальных прессформах специальной конструкции. При этом происходит не толь­ко уточнение размеров, но и полировка поверхности и некоторое снижение пористости.

Механической обработке подвергают заготовки для получения деталей сложных форм (твердосплавные вставки и матрицы штампов, волоки и т. д.), для наре­зания наружных и внутренних резьб, для получения ма­лых по диаметру, но глубоких отверстий и т. д.

Особенности механической обработки связаны с остаточной пористостью материалов, высокой твердо­стью и возможностью расслоения. Электроискровой и электроимпульсный методы применяют для получения деталей сложной формы. Черновое шлифование, резку и заточку твердосплавного режущего инструмента прово­дят зеленым карборундом. Чистовое шлифование и иног­да резку осуществляют алмазными кругами. Твердо­сплавным режущим инструментом обрабатывают мяг­кие металлокерамические материалы и детали из них.

Химико-термическую обработку металлокерамичес­ких изделий (азотирование, хромирование, цианирова­ние и т. д.) проводят так же, как и для металлов. Но обработка происходит более активно ввиду наличия по­ристости и, следовательно, более развитой поверхности.

Повторное прессование применяют для получения деталей сложной формы. В этом случае при первом прессовании получаю^ приближенную форму и размеры, а при втором прессовании достигают заданных размеров и Формы,