Влияние атмосферы спекания на состав сплава

23.07.2019

Одна из основных целей спекания — сохранение заданного состава сплава главным образом по содержанию углерода, так как уменьшение содержания углерода приводит к резкому падению прочности. Нельзя также допускать окисления компонентов сплава, для чего спекание проводят в защитной атмосфере, не содержащей кислорода и влаги. В качестве защитной атмосферы применяют водород или окись углерода. Газовую среду создают, пропуская через печь ток водорода.

Очистка водорода от влаги и кислорода резко снижает степень обезуглероживания. Учитывая это, при спекании изделий следует применять водород, осушенный до точки росы — 45—50° С, т. е. с содержанием влаги не более 0,07 г/см3, и очищенный от кислорода до содержания не более 3*10в-4 %.

Однако и в этих условиях водород вызывает обезуглероживание смесей карбида вольфрама с кобальтом. Следовательно, даже после полной очистки водорода при спекании твердых сплавов необходимо некоторое науглероживание водорода. Во избежание сильного обезуглероживания изделий следует пользоваться возможно более сухим водородом, содержащим минимальное количество кислорода, и применять специальные засыпки. Дополнительной защитой от обезуглероживающего воздействия водорода служит применение высокоуглеродистых карбидов.

Степень обезуглероживания также зависит от дисперсности смеси. Чем мельче порошок смеси, тем большее количество углерода следует иметь в смеси, чтобы уменьшить обезуглероживание.

Чтобы уберечь изделия при спекании от обезуглероживания, применяют различные засыпки. Состав засыпки выбирают с таким расчетом, чтобы создать вокруг изделия благоприятную атмосферу. Действие засыпки основано на том, что углерод, входящий в ее состав, образует с водородом и кислородом, находящимися в печи, углеводороды или окись углерода, которые создают определенную атмосферу вокруг спекаемого изделия. Кроме того, углерод засыпки может непосредственно диффундировать внутрь изделия и таким образом науглероживать его. Степень науглероживания будет зависеть от толщины изделия. Изделия с небольшой толщиной науглеродить гораздо легче, чем толстые изделия. Обычно тонкие изделия за время спекания науглероживаются полностью и имеют равномерную структуру от края к центру.

При спекании изделий из твердосплавных смесей применяют следующие засыпки: графитовую крупку, порошок плавленой окиси алюминия (так называемый электрокорунд или корракс) и смесь корракса с графитовым порошком, а в некоторых случаях с сажей. Графитовая крупка создает более углеродсодержащую атмосферу, чем корраксовая засыпка, поэтому в изделиях, спекавшихся в графитовой засыпке, чаще можно наблюдать графитовые включения.

Для предотвращения этого явления применяют комбинированные засыпки из корракса с различным содержанием в нем графитового порошка в сочетании с водородом, поступающим в печь во время спекания.

При спекании вольфрамокобальтовых сплавов чаще всего используют засыпки либо из чистой окиси алюминия, либо с небольшими добавками к ней графита.

Для спекания сплавов TiC—WC—Co, как правило, применяют засыпку из графитовой крупки.

Практическая работа показала, что для каждой марки сплава эффективна засыпка определенного состава. Засыпку можно использовать многократно. Однако при каждом последующем прохождении засыпки через печь ее состав и свойства меняются. Углерод, содержащийся в засыпке, диспергирует под воздействием температуры, в связи с этим науглероживающая способность засыпки возрастает. Для предотвращения большого науглероживания после каждого прохождения засыпки через печь отсевают мелкую фракцию графита. Через определенный период времени засыпка требует либо обновления, либо замены.

Спекание в чистом корраксе часто приводит к обезуглероживанию изделий. Чтобы исключить обезуглероживающее воздействие, корракс предварительно прокаливают в печи.

Несмотря на то что для каждой марки сплава заранее определены составы засыпок, все-таки для большей гарантии состава спекаемого сплава проводят предварительное опробование данного сорта засыпки, спекая в ней опытные образцы изделий от конкретной партии, а затем оценивают их структуру и свойства.

Сохранение углеродного баланса в спекаемых изделиях — самый сложный вопрос операции спекания.

М.М. Бабич предложил способ, позволяющий сохранить необходимое количество углерода в сплаве, основанный на совместном воздействии поступающего в печь водорода и углерода засыпки. Известно, что при температуре 1160° С изделия обезуглероживаются наиболее интенсивно. Поэтому, если перед окончательным спеканием применить промежуточное спекание при температуре 1100—1200° С в науглероживающей засыпке (графите), можно получить требуемый по углероду состав сплава после окончательного спекания. Однако роль засыпки не сводится только к созданию соответствующей атмосферы. По засыпке тепло передается от стенок лодочки к спекаемым изделиям. Засыпки, представляющие собой неспекающиеся порошки, обладают плохой теплопроводностью, поэтому, нагревшись, они хорошо удерживают тепло. При спекании изделий в графитовой крупке прогрев изделий возрастает по сравнению с корраксовой засыпкой, так как коэффициент теплопроводности графитовой крупки примерно в два раза больше коэффициента теплопроводности корракса.

У засыпок корракса с добавкой графитовой крупки теплопроводность находится между теплопроводностью корракса и графита и увеличивается по мере роста содержания в ней графита.

Теплопроводность спрессованных изделий намного выше теплопроводности засыпок. Коэффициент теплопроводности сплавов увеличивается с повышением температуры. Сплавы различного химического состава различаются по теплопроводности. Значительное различие в коэффициентах теплопроводности наблюдается между сплавами WC—Co и TiC—WC—Co даже при условии одинакового содержания кобальта.

Засыпка играет изолирующую роль, отделяя одно изделие от другого и не давая им слипнуться во время спекания.

Таким образом, в производстве твердых сплавов засыпкам уделяется большое внимание. Существуют специальные правила их изготовления.

Обычно графитовую засыпку приготавливают из графитовой крупки с размером частиц 1—3 мм.

Для приготовления засыпки из окиси алюминия (корракса) с добавкой графитового порошка кратковременно (в течение 1—2 ч) смешивают порошки в шаровых мельницах с применением стальных шаров или гвоздей для лучшего распределения графита в порошке корракса. Для подобного типа засыпок используют графитовый порошок, просеянный через сита с сетками 09 и 045.

Равномерное распределение графита в корраксовой засыпке — непременное условие при изготовлении засыпки, так как от этого зависит однородность спекаемой продукции. Перед употреблением графитовую и корраксовую засыпки обязательно прокаливают при температуре 1500—1550° С с целью удаления влаги и примесей.

К засыпкам предъявляются следующие требования:

1. Материал засыпки не должен вступать в непосредственное химическое взаимодействие со спекаемыми изделиями с образованием новых соединений.

2. Материал засыпки должен быть недорогим.

3. Засыпка должна сохранять свою сыпучесть после нагревания до высокой температуры.

4. Засыпка должна допускать многократное использование ее.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна