Порошковая металлургия

Пережог - нарушение нормальной структуры спеченного изделия при  превышении заданной температуры спекания. Проявляется в виде растрескивания, чрезмерного загрубле-ния структуры или повышения пористости изделия. Брак неисправим.

Недопекание - нарушение  требований плотности и прочности  спеченного изделия при занижении  заданных температуры и времени  выдержки при нагреве. Этот вид брака  можно исправить повторным спеканием.

Окисление - появление  на поверхности спеченного изделия  цветов побежалости, окалины или  коррозии. Это наиболее частый вид  брака, связанный с нарушением атмосферных  условий спекания (присутствие кислорода  или газов, взаимодействующих с материалом спекаемых изделий, подсос воздуха и т.п.). В ряде случаев его можно исправить повторным нагревом в восстановительной атмосфере. Однако при спекании компонентов, образующих трудновосстановимые оксиды, этот вид брака практически неисправим.

Корочка - нарушение поверхностного слоя спеченного изделия, выражающееся в изменении его структуры  и свойств, например из-за разложения органических связок, вводимых в шихту  для улучшения прессуемости порошков. Брак неисправим. Для предотвращения его появления при спекании применяют медленный и равномерный нагрев изделий, тщательное укрытие их засыпкой и достаточный расход газовой среды.

Вспучивание - образование  пузырей на поверхности спеченного изделия. Причина -интенсивное газовыделение  при жидкофазном спекании, местные перегревы из-за неравномерности нагрева заготовки в печи, вызывающие расплавление компонентов при твердофазном спекании.

Выпотевание - выделение  жидкой фазы на поверхности спекаемого изделия, например из-за плохой или  ухудшающейся смачиваемости жидкой фазой тугоплавкой составляющей материала. Брак неисправим.

Диффузионная пористость - пористость, возникающая при спекании материалов, состоящих из компонентов  с неодинаковыми коэффициентами гетеродиффузии при температуре  спекания.

Обезуглероживание - уменьшение содержания углерода в поверхностных слоях деталей. Брак связан с повышенным содержанием окислителей, в основном Н2О и СО2, в горячей зоне печи. Как правило, обезуглероживание больше у изделий, находящихся в верхнем слое загрузки в лодочке (поддоне). Для устранения избирательного обезуглероживания верхнего слоя спекаемых изделий лодочки (поддоны) закрывают металлическими или графитовыми крышками, а также применяют защитные засыпки, содержащие углерод. Слабо обезуглероженные материалы можно исправить, спекая их в углеродистой засыпке при минимальном токе водорода.

Сажистый налет - образование  на поверхности спекаемых деталей  темного налета в результате разложения оксида углерода, метана или других углеводородов; может появляться как  результат наличия на поверхности деталей тяжелых масел и других материалов, запекающихся с образованием углеродсодержащих налетов.

Сульфидная пленка - образование  на поверхности спекаемых деталей  налета, содержащего соединения серы.

Разъедание и шероховатость - нарушение цельности поверхности спеченного изделия в результате восстановления тех оксидов, которые были на поверхности заготовок до спекания или же образовались при начале их нагрева в печи.

Брак при спекании, особенно неисправимый, существенно  ухудшает экономические показатели производства материалов и изделий методом порошковой металлургии. В связи с этим при появлении брака должны быть приняты меры по выяснению причин его возникновения и предложены меры его устранения, в том числе, на всех стадиях изготовления изделий, предшествующих спеканию.

    14. 5. Влияние размера частиц порошка, способа его получения и обработки на результаты твердофазного спекания.

Порошки, используемые в  порошковой металлургии, состоят из частиц размером 0,01-500 мкм.

При твердофазном спекании протекают следующие основные процессы: поверхностная и объемная диффузия атомов, усадка, рекристаллизация, перенос атомов через газовую среду.

Все металлы имеют кристаллическое  строение и уже при комнатной  температуре совершают значительные колебательные движения относительно положения равновесия. С повышением температуры энергия и амплитуда атомов увеличивается и при некотором их значение возможен переход атома в новое положение, где его энергия и амплитуда снова увеличиваются и возможен новый переход в другое положение. Такое перемещение атомов носит название диффузии и может совершаться как по поверхности (поверхностная диффузия), так и р объеме тела (объемная диффузия). Движение атомов определяется занимаемым ими местом. Наименее подвижны атомы расположенные внутри контактных участков частичек порошка, наиболее подвижны атомы расположенные свободно - на выступах и вершинах частиц. Вследствие этого, т.е. большей подвижности атомов свободных участков и меньшей подвижности атомов контактных участков, обусловлен переход значительного количества атомов к контактным участкам. Поэтому происходит расширение контактных участков и округление пустот между частицами без изменения объема при поверхностной диффузии. Сокращение суммарного объема пор возможно только при объемной диффузии. При этом происходит изменение геометрических размеров изделия - усадка.

Свойства исходных порошков - величина частиц, их форма, состояние поверхности, тип окислов и степень совершенства кристаллического строения - определяют скорость изменения плотности и свойства спрессованных изделий. При одинаковой плотности спеченных изделий механические и электрические свойства тем выше, чем меньше были частицы порошка, шероховатость поверхности частиц и дефекты кристаллического строения способствуют усилению диффузии, увеличению плотности и прочности изделия. Структура изделии спеченных из токоизмельченных порошков отличается наличием большого числа крупных зерен, образовавшихся в результате рекристаллизации при спекании. Увеличение давления прессования приводит к уменьшению усадки (объемной и линейной), повышению всех показателей прочности - сопротивлению разрыву и сжатию, твердости. С повышением температуры плотность и прочность спеченных изделий, в общем, возрастает тем быстрее, чем ниже было давление прессования. Обычно температура спекания составляет 0,7 .0,9 температуры плавления наиболее легкоплавкого материала, входящего в состав шихты (смеси порошков). Выдержка при постоянной температуре вызывает сначала резкий, а затем более медленный рост плотности, прочности и других свойств спеченного изделия. Наибольшая прочность достигается за сравнительно короткое время и затем почти не увеличивается. Время выдержки для различных материалов длится от 30 .45 минут до 2 .3 часов. Атмосфера спекания влияет на показатели качества. Плотность изделий выше при спекании в восстановительной, чем при спекании в нейтральной среде. Очень полно и быстро проходит спекание в вакууме, которое по сравнения со спеканием в нейтральной среде обычно начинается при более низких температурах и дает повышенную плотность изделия.

    15. 5. Основные стадии уплотнения при жидкофазном спекании.

Процесс спекания с участием жидкой фазы находит огромное техническое применение, в частности, при производстве изделий, в состав которых входят карбиды металлов. Они обладают большой твердостью и в связи с этимшироко используются при производстве режущего инструмента. Жидкаяфаза, кристаллизуясь, играет роль связки, цементирующей изделие в целом. Технология спекания с участием жидкой фазы широко применяетсяпри производстве различных композитных материалов.

Кинетика процессов, которые  происходят при спекании (усадке) порошковой прессовки при наличии жидкой фазы, существенно зависит от начальной  пористости прессовки, количества жидкой фазы, линейного размера порошинок, степени смачивания твердой фазы жидкостью, взаимной растворимости фаз и др. Она зависит также от происхождения жидкой фазы, т.е. появилась ли жидкая фаза вследствие расплавления легкоплавкого компонента смеси или вследствие "контактного" плавления, когда жидкая фаза возникает при температуре, более низкой, чем температура плавления компонентов смеси.

Последовательное формальное описание всех процессов, происходящих при жидкофазном спекании, практически  исключено в связи с тем, что кинетика уплотнения и формирования твердофазного скелета определяются многими процессами, происходящими одновременно и во взаимосвязи.

Принято выделять три последовательно сменяющие  друг друга механизма (стадии) уплотнения при жидкофазном спекании: жидкое течение, т.е. перемещение твердых частиц под действием капиллярных сил; растворение и осаждение, т.е. перенос через жидкость растворимого в ней вещества тугоплавкой фазы с поверхности частиц меньшего размера к поверхности более крупных частиц; твердофазное спекание, т.е. срастание частиц тугоплавкой фазы с образованием жесткого каркаса («скелета»).