Виды брака при спекании, методы его исправления и переработка отходов

При спекании изделий могут образовываться различные виды брака. Брак спеченных изделий возникает от механических и технологических причин. Характерные виды брака при спекании: «корочка», недопекание, пережог, декарбонизация, науглероживание, трещины, коробление.

Такие виды брака, как пережог или недопекание, встречаются чрезвычайно редко. При строгом соблюлении технологических режимов можно рассчитывать на полное отсутствие и других видов брака, таких как «корочка», трещины.

«Корочка» представляет собой разрыв поверхности изделия или приподнятый слой. Поверхность изделия под приподнятым слоем «корочкой» часто сохраняет форму внешней поверхности (фаска, скругление, грань). Под «корочкой», как правило, наблюдаются хорошо видимые хлопья углерода. Степень поражения изделия «корочкой» различна: от небольшой трещины на грани до полного разрушения изделия. Наиболее часто «корочка» образуется на острых кромках и ребрах изделия, т. е. в наиболее слабопрессованных частях изделия. Обычно «корочкой» поражаются несколько изделий в лодочке и в основном изделия, находящиеся в местах, прилегающих к стенкам лодочки.

«Корочка» появляется при температурах до 600° С. Благоприятные условия для ее появления: недостаток водорода, недостаточное укрытие пластин засыпкой, увеличенная загрузка изделий в лодочку и большая скорость нагрева изделий. Образование «корочки» объясняется появлением газообразных углеводородов в результате возгонки или разложения пластификатора с выделением твердого углерода. При определенной концентрации углеводородов они разлагаются в порах поверхностных частей изделия, оставляя в них выделившуюся сажу. Сажа препятствует спеканию поверхностных слоев, разрушая при этом в той или иной степени изделие. Брак по «корочке» считается окончательным видом брака и исправлению не подлежит. Для его предупреждения изделия тщательно укладывают, закрывая достаточным слоем засыпки, которая в данном случае устраняет непосредственное соприкосновение спекаемых изделий с углеводородами, образующимися в печном пространстве.

В настоящее время случаи появления брака по «корочке» чрезвычайно редки. Они, как правило, связаны с нарушением технологического режима.

Недопекание образуется вследствие несоблюдения режима спекания по температуре и скорости продвижки лодочек в печи. Результат недопекания — занижение физико-механических свойств против установленных норм, в частности плотности и прочности при изгибе. При значительном нарушении температурного режима недопеченные изделия заметно отличаются по цвету и размерам в результате неполноты усадки.

Этот вид брака исправим. Недопеченные изделия снова помещают в печь, где процесс спекания доводится до конца. Однако допекание изделий не всегда можно осуществлять по режиму спекания, повторно загружая изделия в печь. Режим допекания зависит от степени «недопеченности» изделия и в каждом конкретном случае должен быть установлен отдельно.

Следует отметить, что хотя этот вид брака и исправим, повторное спекание изделии приводит к тому, что они имеют несколько заниженные механические свойства по сравнению с изделиями, прошедшими однократное спекание В связи с этим необходимо тщательно следить за режимами спекания, чтобы не допустить появления указанного брака.

Пережог является результатом сильного завышения температуры против установленного режима. Внешние признаки пережога — пузыри, вздутия и раковины на поверхности изделия и высокая внутренняя пористость. Структура пережженного сплава сильно затрублена, а физико-механические свойства резко занижены. Пережог является окончательным видом брака и исправлению не подлежит.

Декарбонизация, или обезуглероживание, связана с нарушением состава газовой среды при спекании или обезуглероживающим влиянием засыпки. В случае обезуглероживания в спеченном изделии испытывается недостаток по углероду. На изделии, подвергнутом обезуглероживанию, наблюдаются светлые блестящие пятна. Излом изделия может иметь светлую ярко выраженную сердцевину с постепенным переходом к более темным матовым периферийным слоям.

Недостаток углерода в сплаве приводит к ухудшению физико-механических свойств и главным образом к охрупчиванию сплава.

Слабообезуглероженные сплавы можно исправить, спекая их в углеродистой засыпке при минимальном токе водорода. Режим исправления в каждом конкретном случае подбирают отдельно, так как степень обезуглероживания различна.

Когда обезуглероживание достигает значительных размеров и влечет за собой даже изменение формы изделия, исправить такой брак невозможно. В данном случае его надо считать окончательным.

Науглероживание изделий является результатом спекания сплавов с большим содержанием углерода и в среде с повышенным содержанием углерода. Сильное науглероживание в сплаве можно наблюдать на изломе образца в виде отдельных темных пятен. Наиболее наглядное представление о количестве графита и характере его распределения дает микроскопическое исследование структуры изделия. Выделения графита чаще располагаются вблизи краев изделия и реже бывают разбросаны по всему излому. Излишнее науглероживание сплава вызывает снижение его износостойкости.

Для исправления брака по науглероживанию проводят повторное спекание в менее углеродистой среде, которая может быть создана за счет увеличения количества водорода, проходящего через печь, а также за счет применения малоуглеродистой или безуглеродистой засыпки.

Tрещины, как правило, встречаются в основном на изделиях сложной формы и расположены в местах перехода от более плотной части изделия к менее плотной. Возникновение трещин обусловлено резким нагревом изделия до высоких температур, когда изделие расширяется и быстро снимаются напряжения в отдельных его частях. Этот вид брака считается окончательным и исправлению не подлежит.

Коробление связано либо с неравномерной плотностью спрессованного изделия и является результатом различной усадки, либо с прогибом изделия под действием собственной массы и тяжести лежащих выше пластин, а также неровностей графитовых пластин, на которые укладывают изделия. Особенно часто короблению подвержены пластины большой длины и малой толщины.

Для предотвращения коробления при спекании необходимо предусматривать специальную укладку изделий. Незначительное коробление удается исправить либо повторным спеканием изделий под грузом, либо горячим прессованием.

Значительное коробление изделий считается окончательным браком.

Таким образом, из сказанного видно, что большинство видов брака окончательно и исправлению не подлежит, а из тех видов брака, которые считаются исправимыми, получаются изделия с более низкими механическими свойствами. В связи с этим необходимо за время спекания строго контролировать заданные режимы.

В настоящее время разработан способ переработки спеченного брака с использованием методов металлокерамики, Однако этот способ не позволяет перерабатывать твердые сплавы всех марок и связан с большими потерями. Кроме того, при этом в результате высокотемпературной обработки зерна карбидной фазы сильно загрубляются.

Этот способ основан на высокотемпературной обработке спеченных изделий, в результате которой образуются отходы, обладающие повышенной хрупкостью. Отходы размалывают до зернистости такой же, как у исходных порошков крупнозернистых карбидов.

При высокотемпературной обработке частично испаряется кобальт и выгорает углерод, в связи с чем приготовленные указанным способом смеси не будут содержать нужного количества компонентов.

К отклонению от требуемого содержания компонентов в смеси может также приводить сбор отходов не по маркам сплавов.

Поэтому при изготовлении смеси к размолотым отходам следует добавить недостающее количество тех или иных полуфабрикатов в виде карбида вольфрама, кобальта или сложного титано-вольфрамового карбида Количество компонентов рассчитывают исходя из химического состава размолотых отходов.

После добавления полуфабрикатов смесь дополнительно размалывают. Все последующие операции выполняются в соответствии с общей схемой технологии изготовления сплавов.



В нашей стране уделяется большое внимание охране труда рабочих и служащих. Советское государство проявляет постоянную заботу о создании здоровых и безопасных условий труда. Для этого на предприятиях используют достижения науки и техники, осуществляют комплексную механизацию и автоматизацию тяжелых и трудоемких работ, непрерывно совершенствуют технологию производства, выполняют специальные работы по технике безопасности, устанавливают санитарные и правовые нормы по труду.

Причины возникновения несчастных случаев и профессиональных заболеваний могут быть технического, организационного и санитарно-гигиенического характера.

Предприятия твердосплавной промышленности относятся к разряду металлургических предприятий, на которых технология производства сопряжена с использованием порошкообразных материалов, взрывоопасных и воспламеняющихся веществ и сопровождается выделением газов, пыли, шумом, вибрациями.

При работе на размольно-смесительном оборудовании рабочим приходится иметь дело с порошками кобальта, вольфрама, карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия и др. Запыленный воздух проникает в организм через дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт и вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла и заболевание легочной ткани. Поэтому содержание пыли ограничено предельно-допустимыми концентрациями в 1 м3 воздуха. Содержание пыли в воздухе в пределах допустимых концентраций не приводит к заболеваниям. Предельно допустимые концентрации для кобальта 0,5 мг/м3, вольфрама 6 мг/м3, молибдена 4 мг/м3.

Для предотвращения заболеваний в результате воздействия металлической пыли особое внимание на этом участке должно быть уделено работе приточно-вытяжной вентиляции и индивидуальным средствам защиты (спецодежда, противопыльные очки и т.п.). Для предотвращения травматизма от движущихся частей механизмов необходимы ограждения.

При работе на прессовом оборудовании в основном приходится иметь дело с движущимися частями механизмов. В связи с этим на операции прессования особое внимание уделяется исправности оборудования и правилам его эксплуатации с целью отработки безопасных приемов работы, таких как установка пресс-инструмента, чистка пуансона и пресса и т. д. Указанные операции выполняют при полной остановке пресса. Во время работы пресса необходимо следить за наличием ограждений на движущихся частях.

Hа операциях по подготовке порошков к прессованию, на которых применяют бензин, необходимо следить за работой приточно-вытяжной вентиляции, а также уделять внимание мероприятиям по предотвращению воспламенения бензина. В связи с этим в помещении замешивания смесей с пластификатором запрещается использовать открытый огонь и неисправную электроарматуру и механическое оборудование, способное вызвать искрение.

При работе на печном оборудовании в первую очередь должны быть осуществлены мероприятия, предохраняющие от поражения электрическим током, т. е. электропровода должны быть в полной исправности, а оборудование должно иметь заземляющие устройства.

Электрические печи, применяемые в производстве твердых сплавов, работают в атмосфере водорода. Водород — легкий газ, без цвета и запаха. Он безвреден, но в смеси с кислородом и воздухом образует гремучую смесь, которая взрывается с большой силой. В связи с этим необходимо строго соблюдать правила работы с водородом, а именно, водород должен подаваться в печь до ее разогрева, печь должна быть продута водородом до полного удаления воздуха из печного пространства. При эксплуатации печей с алундовым муфелем или трубой и с молибденовым нагревателем водород пропускают не только в рабочее пространство печи, но и в кожух до полного удаления воздуха из него. Только после этого печь может быть включена на разогрев. На выходе из печи со стороны загрузки и выгрузки водород необходимо поджигать. Поджигание водорода при пуске печи возможно лишь после полного удаления из нее воздуха, которое контролируется поджиганием пробы водорода, отобранной в пробирку. Характерный «лающий» хлопок свидетельствует о неполном удалении воздуха из печи. С целью предотвращения натекания водорода и образования взрыва необходимо следить за работой приточно-вытяжной вентиляции.

Водород, используемый на печах спекания, дополнительно сушат, пропуская его через трубку с фосфорным ангидридом. Операции наполнения и промывки трубок следует проводить с максимальной осторожностью, так как они сопряжены с опасностью ожогов рук и лица.

При работе на печах запрещается одновременно открывать обе дверцы печи (со стороны загрузки и выгрузки) и стоять против загрузочного или выгрузочного отверстия.

При работе на печах с графитовыми трубами, применяемыми при восстановлении вольфрамового ангидрида углеродом, а также при получении карбидов правила техники безопасности те же, что и при работе на печах с молибденовым нагревателем. Дополнительным мероприятием в данном случае является лишь предотвращение отравления окисью углерода, выделяющейся при проведении указанных процессов.

Окись углерода проникает в кровь, соединяется с гемоглобином, вследствие чего прекращается доступ кислорода к клеткам. Наступает кислородное голодание, сопровождающееся головокружением, тошнотой, а при тяжелых отравлениях — обморочным состоянием. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе 0,02 мг/м3.

Для предотвращения отравления окисью углерода необходимо проводить процессы до полного сгорания продуктов, содержащих углерод, а также обеспечивать бесперебойную работу вентиляции.

Работы по обслуживанию печей проводят в защитных очках и рукавицах.

Общими требованиями к организации техники безопасности являются тщательное изучение характера проводимой операции и выполняемой работы. Немаловажное значение имеют требования к организации рабочего места, рациональной его освещенности, к метеорологическим условиям производственной среды (температура, влажность, подвижность воздуха) и к производственной эстетике (окраска стен, полов, оборудования, рациональное его расположение и т.д.).