Свойства спрессованных изделий

Спрессованные изделия оцениваются двумя основными характеристиками: плотностью и прочностью. Эти характеристики взаимосвязаны. Чем больше плотность брикета, тем выше его прочность.

Стремление повысить качество спрессованных заготовок обычно сводится к повышению указанных величин.

Плотность брикета. Основная задача при прессовании порошкообразных смесей карбидов с цементирующим металлом (кобальтом) состоит в том, чтобы получить брикет с возможно более равномерной плотностью по всему объему. Это обусловлено тем, что степень уплотнения смеси при прессовании оказывает основное влияние на форму и размеры изделия при последующем спекании. При спекании изделия происходит его усадка. Если спрессованный брикет имеет равномерную плотность по всему объему, то усадка его также будет происходить равномерно во всех направлениях. Если брикет имеет различную плотность по объему, то при спекании вследствие различной усадки получаются искаженная форма изделия и нарушение его размеров.

При прессовании порошков наблюдается значительная неравномерность в распределении давления. Неравномерная плотность спрессованного изделия обусловливается рядом факторов: трением частиц между собой и о стенки прессформы, геометрической формой изделия, разнозернистостью порошков, величиной зерна, давлением при прессовании и т. д. В зависимости от этих факторов плотность может колебаться в широких пределах.

Коэффициент межчастичного трения в несколько раз превышает коэффициент трения порошка о внутренние стенки прессформы, что обусловлено шероховатостью поверхности порошковых частиц. Потери давления порошка в результате трения о стенки прессформы также значительны. Они в основном зависят от коэффициента трения прессуемого материала и материала прессформы, качества обработки стенок прессформы, высоты прессуемого брикета и диаметра прессформы.

Спрессованное изделие имеет наибольшую плотность около стенок прессформы, под пуансоном и около подкладки. Неравномерность распределения плотности по объему спрессованного изделия увеличивается с усложнением формы, так как в случае сложной формы изделия трудно передать равномерное давление по всем направлениям.

Разнозернистые порошки более компактно упаковываются и лучше заполняют свободное пространство.

Величина зерен смеси существенно влияет на плотность заготовок. Крупнозернистые и среднезернистые порошки уплотняются лучше, чем мелкозернистые, поэтому при прессовании мелкозернистых порошков применяют большие удельные давления, чем при прессовании среднезернистых и крупнозернистых, так как мелкозернистые порошки имеют большую удельную поверхность и, следовательно, большое межчастичное трение.

Помимо зернистости, на прессуемость порошка могут влиять окислы. Окислы в порошках или образуются на поверхности частиц вследствие окисления при хранении, или присутствуют в виде частично недовосстановленных включений.

При значительном содержании окислов резко повышается удельное давление прессования При одинаковом удельном давлении изделия, изготовленные из смеси с высоким содержанием окислов, отличаются значительно большей пористостью, чем изделия, изготовленные из смеси с малым содержанием окислов.

Давление при прессовании имеет большое значение для получения равномерной плотности, Оно связано со скоростью прессования. При малом давлении частицы порошков не успевают перераспределяться должным образом и смесь не уплотняется.

Увеличение скорости прессования требует более высокого давления. Объем спрессованного брикета зависит от давления, приложенного при прессовании свободно насыпанного порошка.

Равномерная плотность спрессованных изделий во многом зависит от распределения прессуемого порошка по объему сосуда, куда помещен этот порошок. Если порошок распределен равномерно, то плотность спрессованного изделия будет также равномерна. Ho если порошок распределен неравномерно по объему занимаемого им сосуда, как это показано на рис. 29, то после спекания изделие будет иметь искаженную форму и размеры.

Различная плотность спрессованного изделия будет наблюдаться почти во всех случаях, но необходимо выбрать такую среднюю плотность, чтобы искажения формы и размеров изделия после спекания были минимальными Такая возможность имеется и ее надо использовать при конструировании прессформ. Размеры пресс-формы следует рассчитывать с учетом различных коэффициентов усадки по разным направлениям прессования, определяя их опытным путем для массового изделия.

Увеличение высоты образца приводит к большему разбросу значений плотности, а увеличение диаметра способствует более однородному распределению ее.

Неравномерность распределения плотности в прессуемых брикетах может быть значительно уменьшена при применении двустороннего прессования, когда к прессуемому брикету прикладывается давление с двух противоположных сторон одно навстречу другому. Для этого можно пользоваться прессом с двумя плунжерами, а также прессом с одним плунжером и прессформой специальной конструкции, у которой нижний пуансон будет подвижным относительно стенок прессформы.

Заготовку, полученную двусторонним прессованием, можно рассматривать как состоящую из двух частей вдвое меньшей высоты, вследствие чего недостатки, присущие одностороннему прессованию, в этом случае будут сказываться в значительно меньшей степени

Для изготовления заготовок наиболее правильной формы необходимо также пользоваться высокими давлениями прессования, так как при этом заготовки имеют достаточно высокую плотность и дают наименьшую усадку при спекании. Обычно при прессовании твердосплавных смесей удельные давления равны 500—1500 кГ/см2, а пористость заготовок для среднезернистых порошков составляет около 50%. Относительную плотность брикета и его остаточную пористость можно вычислить по следующим формулам:

где А — относительная плотность брикета, %;

dбр — плотность спрессованного брикета, г/см3;

dк — плотность компактного материала, г/см3;

П — остаточная пористость брикета, %.

Прочность брикета — одна из основных характеристик спрессованной заготовки. Если прочность заготовки мала, то она может разрушиться под воздействием сил упругого последействия и под влиянием даже незначительных механических нагрузок.

Прочность заготовок должна быть такой, чтобы они, не разрушаясь, выдержали следующие технологические операции: снятие заусенцев, укладку на сушку и спекание.

Прочность брикетов обусловливается взаимным зацеплением частиц порошка. Гораздо меньшую роль играют силы взаимодействия между атомами контактных участков. Прочность заготовок зависит от величины и формы зерна, состояния поверхности, давления прессования.

Смеси для твердых сплавов состоят в основном из зерен твердых карбидов, которые обладают большой прочностью и твердостью. Цементирующий металл, добавляемый к карбидам, отличается пластичностью и способствует увеличению прочности спрессованной заготовки. Изделия из крупнозернистых смесей имеют более низкую прочность, чем изделия из мелкозернистых смесей при одинаковом давлении прессования и других равных условиях. Это можно объяснить тем, что мелкозернистые порошки имеют большую удельную поверхность, и поэтому проявление сил механического сцепления в данном случае наиболее значительно.

Чем сложнее форма зерен прессуемого порошка, тем больше вероятность их сцепления между собой, а также увеличения контактируемых поверхностей и, следовательно, больше проявляются силы механического сцепления

Прочность заготовок зависит и от состояния поверхности зерен. Зерна, покрытые окислами или имеющие наклеп, плохо прессуются, а заготовки, состоящие из таких зерен, отличаются низкой прочностью.

Большое влияние на прочность оказывает давление прессования. Чем выше давление прессования, тем выше прочность заготовки. Слишком высокое давление приводит, как указывалось выше, к образованию расслойных трещин, что недопустимо.

Практический способ ведения прессования не предусматривает методов контроля, определяющих прочность спрессованного изделия. Технологу в этом случае приходится полагаться на собственный опыт. Обычно в производственной практике прочность спрессованного изделия определяют, нажимая на образец рукой. При этом изделия наделяются такими характеристиками, как «слабые» и прочные. Однако такое суждение весьма субъективно. Чтобы исключить субъективный фактор в оценке прочности спрессованного изделия, определяют давление прессования данного изделия, обеспечивающее соответствующую прочность брикета по следующей формуле:

где Pм — давление прессования по манометру, кГ/см2;

Pуд — удельное давление прессования, кГ/см2;

Sбр — площадь прессуемого брикета, см2;

Sпл — площадь плунжера пресса, см2;

dбр — диаметр прессуемого брикета, см;

dпл — диаметр плунжера пресса, см.