СПЕКАНИЕ ПОРОШКОВ.

В порошковой металлургии – спекание одна из основных операций, в процессе которой происходит превращение

брикета, спрессованного из порошка, в прочное монолитное тело. Несмотря на интенсивное развитие порошковой металлургии широкое использование спекания, явления и процессы, происходящие в пористой заготовке при нагреве,

до сих пор остаются предметом дискуссий в среде теоретиков и экспериментаторов.

Существует несколько школ, подходов к спеканию, объясняются те или иные факты, но общей стройной картины нет.

Это отчасти можно объяснить тем, что спекаются порошки разных металлов и при разных режимах. Среди ведущих специалистов можно назвать представителей Украины и СССР: Я. Е. Гегузина, Г. В. Самсонова, Б. Я. Пинеса, Я. И. Френкеля, В. А. Ивенсена.

Основными параметрами процесса спекания являются температура, скорость нагрева, среда, в которой он протекает.

Различают твердофазное и жидкофазное спекание.

Твердофазное спекание.Простейшая теория спеканияобычно рассматривает две сферы, между которыми происходит увеличениеконтактной поверхности и сближение частиц, т.е. усадка (рис.69).

Поверхностная диффузия происходит под действием разности термодинамических потенциалов на контактной поверхностии на свободных поверхностях. Наименее подвижны атомы на контактных участках, наиболее – на выступах и вершинах наружных углов. За счет диффузии увеличивается контактная поверхность, но уменьшаются общая поверхность и внутренняя энергия. Так как сближения между частицами нет, то должны образовываться поры или иначе – происходит их коагуляция. При этом запас энергии у атомов на поверхности крупных и мелких частиц не одинаков.

Б. Я. Пинес предложил следующий механизм объемной деформации частиц: вблизи поры радиуса r имеется повышенная концентрация вакансий на величину ∆С, которая определяется из соотношения:

 

где σ– поверхностное натяжение; V0 – объем элементарной ячейки; С0 – равновесная концентрация вакансий.

Так как имеется неравновесная концентрация вакансий, имеет место градиент,

приводящий к диффузионному оттоку вакансий от 7* поверхности поры в объемы с меньшей их концентрацией. Обратный процесс – диффузия атомов, уменьшение порыи усадка частицы и материала в целом.

Я. Е. Гегузин предложил другой механизм уменьшения пор и усадки, если спекание происходит под внешним давлением, например при горячем формовании. Он учитывает основанное на идее о вязком течении кристаллических тел, вызванном направленным перемещением атомов или вакансий, указание Я. М. Френкеля на две стадии спекания:

- увеличение поверхности соприкосновения частиц до образования изолированных пор (рис. 70);

Рис. 69. Спекание двух сфер:

L – расстояние между центрами частиц; Рис. 70. Спекание трех частиц

Х – полуширина контактной шейки

 

- закрывание остаточных пор под действием сил поверхностного натяжения.

В процессе изотермического спекания текучесть вещества падает со временем, так как искажения решетки восстанавливаются.

В. А. Ивенсен предложил формулу, описывающую ход уплотнения при твердофазном спекании:

V=Vн (gmτ+1)1/m,

где V – объем пор через время τ; Vн – объем пор в начальный момент;

g– относительная скорость уменьшения объема пор, выражаемая отношением:

;

m – характеристика интенсивности падения скорости сокращения объема пор во времени.

На графике (рис. 71) эти две стадии можно представить следующим образом.

Спекание при Т1 происходит до тех пор, пока усадка не прекратится. Затем температура повышается до Т2, при которой происходит уменьшение пористости и окончательное спекание (Т21).

Порошки с сильно развитой поверхностью и большой концентрацией дефектов уплотняются при спекании с наибольшей скоростью, так как запас свободной энергии в единице массы порошка определяется не только размером зерна (дисперсностью), но, в значительной мере, и состоянием поверхности, степенью дефектности частиц. Затухание усадки связано с уменьшением свободной энергии порошкового тела.

Назовем факторы, оказывающие влияние на усадку:

1. С уменьшением размера частиц, увеличением степени дефектности и нерегулярностиих формы, повышением внешнего давления при прессовании (горячее прессование) усадка усиливается.

2. Спекание в восстановительной атмосфере способствует достижению большей плотности брикетов, чем при спекании в нейтральной среде.

3. Спекание в вакууме в большинстве случаев происходит при более низкой температуре и повышает плотность спеченной заготовки.

Спекание в присутствии жидкой фазы.Жидкая фаза при спекании образуется в результате расплавления более легкоплавкого компонента или за счет образования легкоплавкой эвтектики. Усадка в этом случае происходит под действием капиллярных сил. Графически она представлена на рис.72.


Рис.71. График усадки при спекании

Рис.72. Усадка заготовки при жидкофазном спекании:∆V – изменение объема; Vн – начальный объем


 

Весь процесс спекания и усадки можно разбить на 3 фазы:

- перегруппировка частиц;

- растворение частиц твердой фазы в жидкой, перенос их через жидкую фазу и осаждение вблизи участков контакта;

- образование твердого скелета и твердофазное спекание.

При спекании в присутствии жидкой фазы нужно строго выдерживать температурный интервал.

Конечно, представленные здесь механизмы спекания далеко не исчерпывают всей глубины теории спекания и возможных ее вариантов. Это является предметом специального изучения.

Процессы формования и спекания рассматриваются ниже на примере получения изделий из вольфрамо-медных псевдосплавов.









Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 4465; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.016 сек.