Формирование порошков. 
Материаловедение и технология материалов

Формирование порошков направлено на получение заготовки (формовки) с определенными формой, размерами, плотностью материала, углом усадки и другими технологическими требованиями. Классификация методов получения формовки приведена на рис. 13.2.

Некоторые особенности поведения порошка при формовке (на примере формовки в стальной прессформе) приведены на рис. 13.3, иллюстрирующем зависимость плотности формовки от давления прессования.

На графике четко выражены три зоны, каждая из которых отражает специфику определенных стадий процесса.

Па первой стадии (а) наблюдается наиболее значительное уплотнение массы порошка, когда под влиянием внешних сил устра;

Рис. 13.2. Классификация методов формования металлических порошков.

Рис. 13.3. Зависимость плотности порошка от давления прессования

няются свободные зазоры между частицами, свободно перемещающимися по объему прессформы. Вторая стадия (b) характерна незначительным влиянием давления на плотность порошковой массы: зазоров нет, они выбраны на первой стадии, частицы плотно соприкасаются друг с другом и оказывают сопротивление сжатию. Наступает своеобразное равновесие. В этот период частицы испытывают упругую деформацию. На третьей стадии © давление увеличивается настолько, что частицы подвергаются уже пластической деформации и плотность материала вновь начинает возрастать.

Плотность формовки будет зависеть и от схемы сжатия: одно-, двухили трехсторонней, так как на внешнее трение порошка о стенки прессформы и пуансона расходуется до 60—90% давления прессования.

Наиболее благоприятные условия создаются при всестороннем сжатии, например жидкостью (гидростатическое сжатие).

В этом случае плотность порошка по объему будет наиболее равномерной, а внешнее трение порошка отсутствует. Вместо гидростатического прессования может использоваться газостатическое (обжатие газом) (рис. 13.4).

Газ, чаще аргон, подается в газостат под давлением 100—200 МПа, а температура в нем доходит до 1300 °C, в зависимости от вида по;

Рис. 13.4. Схема газостата:

1 — силовая рама; 2 — нагревательная печь; 3 — капсула с гранулами; 4 — контейнер; 5 — теплоизоляция; 6 — нижняя пробка.

Рис. 13.5. Схема установки производства полосы из порошка:

1 — транспортер-дозатор; 2, 3 — бункер; 4 — очаг деформации; 5 — валки; в — направляющий желоб; 7 — датчики натяжения; Я — камера нагрева; 9 — холодильник печи; 10 — ножницы; 11 — мерные рулоны ленты рошка (Al, Ti, Ni, сталь). Наличие нагрева позволяет прессование совместить со спеканием.

Лепты из порошка формируют методом прокатки (рис. 13.5).

Рис. 13.6. Схема установки для мундштучного прессования:

1 — плунжер пресса; 2 — пуансон; 3 — стальной стакан; 4 — конус; 5 — матрица; 6 — спрессованная заготовка; 7 — порошок По такой же схеме можно получить многослойный прокат из порошков двух видов или металлического листа со слоем порошка.

Прессование труб, прутков и других длинномерных изделий получают, продавливая смесь порошка с пластификатором (парафином, поливиниловым спиртом, крахмалом и др.) через отверстие в мундштуке (рис. 13.6).

Мундштучное прессование производится и с подогревом (для алюминия и сто сплавов при 400—600°С, а никеля и стали — при 1050—1250°С).

Тогда можно обходиться и без пластификаторов.

Получило достаточно широкое распространение шликерное формирование (шликерное литье).

Шликер — однородная концентрированная взвесь порошка в жидкости.

Для получения изделия используются формы из пористого материала, например гипсовые. При заливке шликсра в подобную форму жидкость впитывается в ее поры, а порошок оседает на стенках формы, образуя твердый слой. После удаления изделия его сушат при температуре 100— 150 °C. После окончательной сушки изделие спекают. Шликерное формование проводят иод давлением в несколько десятков атмосфер, буквально продавливая жидкость сквозь поры формы или используя вакуум. Для трубчатых изделий, тел вращения применяют центробежные установки. В таком случае шликер центробежными силами равномерно распределяется по стенкам формы.

Прессовки высокой плотности материала, повышенной прочности, точности благодаря снижению величины усадки после прессования получают высокоскоростным (динамическим) формованием (скорость нагрузки составляет 5—10 м/с и выше, давление до 0,7 ГПа), при высоких температурах и кратковременным (тысячные доли секунды) уплотнением. Достигаются подобные параметры взрывным, электрогидравлическим, электромагнитным или пневмомеханическим формованием.

Взрывное формование обеспечивает энергия порохового заряда, ударная волна при взрыве которого действует непосредственно на порошок либо через жидкость.

Электрогидравлическое формование основано на формировании ударной волны в жидкости при разряде тока между двумя электродами, находящимися в жидкости.

Электромагнитное формование заключается во взаимодействии двух импульсных магнитных полей. Одно возникает от разряда конденсаторов на индукторе, второе образуется в пористом теле под действием поля индуктора. По законам электродинамики эти два поля (основное и наведенное) отталкиваются. В результате порошок прижимается с достаточно большим усилием к матрице (поле напряженностью 300 кЭ обеспечивает давление -400 мПа) и создает необходимые условия для получения заготовки.

Пневмомеханическое формование осуществляют, используя энергию расширяющегося газа. По механизму формования этот метод имеет много общего с формованием взрывом. Технически пневмомеханическое формование можно провести, впрыскивая сжиженный газ в жидкость, которая передает полученную ею энергию подвижным частям машины для формовки порошка.