Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Теорія і технологія пресування порошкових матеріалів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Практика пресування

У практиці пресування, залежно від форми і габаритних розмірів виробів, що виготовляються, вимог, що ставляться до властивостей порошкових виробів, та інших чинників, застосовуються різноманітні методи і схеми пресування. Найпоширенішими з них є:

1) статичне пресування, відповідно до якого пресування здійснюється в закритих прес-формах на механічних або на гідравлічних пресах;

2) ізостатичне пресування, при якому ущільнення порошку відбувається в еластичній (пластичній) оболонці з використанням тиску рідини або газу,

3) імпульсне (динамічне) пресування відрізняється від двох попередніх високою швидкістю навантаження;

4) прокатка порошків і клинове пресування;

5) бездеформаційні методи формування:

а) вібраційне формування;

б) мундштучне пресування, екструзія;

в) шлікерне лиття, лиття з термопластичних мас й інжекційне формування.

Далі розглянемо характеристики цих методів формування.

Загальним для всіх цих методів формування (пресування) порошків є їх підготовка, на чому зупинимось нижче.

Підготовка порошків до пресування

Необхідність підготовки порошків зумовлена тим, що вони на стадії поставки не завжди відповідають стандартам і технічним умовам, тобто мають різні значення фізичних і технологічних властивостей навіть для порошків з одного і того ж матеріалу. Крім того, їх властивості можуть змінюватися в процесі зберігання за рахунок окиснення, адсорбційного поглинання вологи та іншого. Тому для отримання вихідних порошків з необхідними властивостями при виготовленні певних виробів із них проводять певні підготовчі операції. До них насамперед належать відпал порошків, розсіювання (класифікація), змішування, грануляція тощо.

Відпал порошків проводять з метою видалення кисню, який може міститися в них у вигляді оксидів як домішка, зумовлена методом отримання (отримання порошків металів відновленням їх оксидів, електролізом водних розчинів солей металів та інш.) на стадії поставки, або які можуть утворюватись під час зберігання за рахунок взаємодії з навколишнім газовим середовищем або вологою. У цьому випадку відпал проводять в печах різного типу (найчастіше прохідних муфельних) з використанням відновлювальних газових середовищ – водню, конвертованого природного газу, дисоційованого аміаку. Температура відпалу залежить від властивостей оксидів і металів, які їх утворюють, і лежить у межах 0,5-0,6 від температури плавлення металу. Необхідно також враховувати, щоб при відпалі частинки порошку не припікались одна до одної і отриманий продукт легко протирався на ситах.

Відпал вихідних порошків також проводять за необхідності зменшення в них вмісту домішок (рафінування), які містяться в них на стадії поставки і не припустимі при виготовленні певних виробів із них. Так, наприклад, порошки, отримані відновленням оксидів вуглецем або вуглецьвмісними газами, карбонільним методом, завжди вміщують вуглець. У цьому випадку відпал проводять у газових середовищах, які сприяють його газифікації і подальшому видаленню.

Для отримання залізного порошку, чистішого порівняно з кремнієм і марганцем, відпал часто проводять в суміші водню з хлористим воднем. Наявність хлористого водню сприяє утворенню і випаровуванню хлоридів кремнію і марганцю.

При отриманні порошків металотермічними методами вони завжди вміщують домішки металів-відновників або їх сполук. Наприклад, при отриманні порошку титану відновленням його хлориду магнієм отримуваний продукт – титанова губка – завжди вміщує Mg і MgCl. У цьому випадку відпал проводять за умов, коли ці домішки випаровуються. Найбільш доцільно як середовище відпалу використовувати вакуум або інертні гази.

Порошки, отримані механічними методами, особливо вихровим або ступеневим розмелюванням, мають високий ступінь наклепу і, як наслідок, високу твердість. Це значною мірою погіршує їх пресованість та підвищує знос прес-оснастки. У цьому випадку, за необхідності, проводять відпал таких порошків з метою зняття наклепу і тим самим підвищення їх пластичності та пресованості. Як середовище такого відпалу можна застосовувати інертні гази, вакуум або відновлювальні гази.

Відпал порошків також можна проводити з метою зменшення їх пірофорності тоді, коли вони на стадії поставки вміщують дуже дрібні частинки, здатні до самозагорання. У цьому випадку при відпалі частинки укрупнюються за рахунок процесів окиснення-відновлення або спікання.

Класифікація порошків проводиться з метою отримання порошків з частинками певного розміру, що вимагається для виготовлення заданого виробу.

Під класифікацією порошків мається на увазі розділення їх на фракції за допомогою різних методів.

При цьому деякі фракції можуть виявитися непридатними для використання в конкретному виробництві, і їх додатково обробляють (укрупнюють або мелють).

Класифікація порошків з розміром частинок більше 40- 50 мкм проводиться розсіванням на ситах, а менше 50 мкм – за допомогою повітряної сепарації, електросепарації або седиментації.

Змішування є однією з найвідповідальніших додаткових операцій перед пресуванням. Властивості спечених виробів багато в чому залежать від того, наскільки рівномірно внаслідок змішування були розподілені компоненти шихти. У порошковій металургії застосовується також змішування різних фракцій порошку одного сорту, змішування партій порошку, одержаного різними методами. Мета цих операції – поліпшити пресованість шихти, а також здешевити її за рахунок деякого розбавлення дорогих сортів порошку дешевшими.

Змішування можна здійснювати механічними і хімічними методами. Змішування однорідних компонентів, відмінних за гранулометричним складом і методом отримання, проводиться механічними методами в змішувачах різної конструкції – барабанних, млинах.

Рівномірність механічного змішування визначають такі чинники: розмір і форма частинок змішуваних компонентів, щільність компонентів, характер середовища змішування, тип устаткування змішувача тощо.

У зв'язку з тим, що теоретичні уявлення про процеси змішування стосовно порошкової металургії розроблені слабо, умови змішування на практиці підбираються в кожному конкретному випадку дослідним шляхом.

Для змішування порошків часто застосовуються порожнисті барабани змішувачів з ексцентричною віссю обертання (типу "п'яної бочки"). Перемішування шихти досягається струшуванням її при обертанні барабана.

Застосовують також конусні змішувачі. Такі змішувачі використовують у тих випадках, коли компоненти не повинні наклепувати і подрібнюватися в процесі змішування. Тривалість змішування 2-8 год і більше.

У кульових і вібраційних млинах поєднується процес розмелювання і змішування. У цих установках досягається інтенсивніше змішування і частинки матеріалу подрібнюються одночасно.

У тих випадках, коли змішувані компоненти шихти значно різняться за щільністю, в шихту вводиться машинне мастило в кількості 1-2 %. В результаті цього запобігають сегреції шихти і досягають більш рівномірного змішування компонентів.

Тепер методи хімічного змішування мають менше розповсюдження, ніж механічні. Проте вони відносно рівномірності розподілу компонентів мають перевагу над механічними, особливо коли кількість "другого" компонента, що вводиться в шихту, менша 1 %.

Хімічний метод змішування полягає в осадженні з розчинів на поверхні частинок основного металу домішки металу у вигляді його солі, у випаровуванні розчинника при одночасному інтенсивному перемішуванні з порошком основного металу. Надалі сіль може розкладатися або відновлюватися в процесі подальшого відпалу або безпосередньо в процесі спікання виробу.

Як вже наголошувалося, велике значення має якість перемішування, яка має визначальний вплив на властивості одержуваних матеріалів. У зв'язку з цим зупинимося на розгляді критеріїв оцінки якості змішування.

У процесі перемішування відбувається переміщення частинок різних компонентів, які початково перебувають порізно або в неоднорідно упровадженому стані. У граничному стані в процесі змішування повинна вийти суміш, у якій до кожної частинки основного матеріалу примикають частинки інших компонентів у заданих кількостях. Наприклад, якщо змішуванню піддаються чотири компоненти, маси яких відносяться як цілі числа, то: в будь-якій малій пробі, узятій з готової суміші, маси компонентів повинні бути в такому ж співвідношенні. Проте в реальних умовах, у зв'язку з впливом різноманіття чинників на якість перемішування, в мікрооб'ємах готової суміші існує різноманітність взаємного розміщення частинок компонентів, а їх співвідношення – величина випадкова.

У зв'язку з цим більшість сучасних методів оцінки якості змішування порошків базуються на методах статистичного аналізу.

Методами математичної статистики найбільш просто аналізувати статистичний матеріал за однією випадковою величиною. Стосовно змішування порошкових матеріалів суміш умовно вважають двокомпонентною. Для оцінки якості змішування із суміші виділяють один компонент, вважаючи його основним, а всі інші відносять до другого. За ступенем розподілу умовно основного компонента і судять про якість змішування. При цьому вміст основного компонента в суміші позначають випадковою дискретною величиною, яка може бути повністю охарактеризована, якщо відомі закон н розподілу, математичне сподівання, дисперсія або середнє квадратичне відхилення. Середнє квадратичне відхилення і покладається найчастіше основним критерієм оцінки якості змішування. Воно може бути визначене за формулою

(3.1)

де- зміст основного компонента в і -й пробі (значення випадкової величини х в ;-й пробі);

- середнє арифметичне вмісту основного компонента у всіх пробах;

п – загальне число відібраних проб.

У разі достатньо великої кількості проб величина т сходиться за вірогідністю з математичним сподіванням М величини X. При цьому S залежить від величини т і має її розмірність. Це робить некоректним використання величини S у чистому вигляді для порівняльної оцінки якості змішування порошкових шихт з різним вмістом у них основного компонента, у зв'язку з чим величину S визначають у відносній формі, відносячи її до . У цьому випадку якість змішування можна охарактеризувати за допомогою коефіцієнта неоднорідності (варіації), ,%:

(3.2)

У багатьох випадках аналізу проб якості змішування доцільно визначати не кількість частинок основного компонента, а його концентрацію. Тоді вирази (168) і (169) можна подати так:

(3.3)

(3.4)

де п- число проб;

- значення концентрації основного компонента в i-й пробі;

- середнє арифметичне значення концентрації основного компонента в пробі, %.

Наведені вирази (3.3) і (3.4) для оцінки якості змішування правомірні тільки в тому' випадку, якщо об'єм аналізованої суміші великий порівняно із сумарним об'ємом окремих проб, що і спостерігається в реальних технологічних процесах порошкової металургії. У зв'язку з цим при визначенні якості змішування важливий вибір необхідного числа проб.

Умовно розіб'ємо суміш, що готується, на N елементарних об'ємів, у кожному з яких має місце своє середнє значення концентрації основного компонента. За невеликих значень елементарних об'ємів величина досягатиме великих значень. Це дає можливість вважати послідовність випадкових значень концентрації основного компонента в кожному з елементарних об'ємів генеральною сукупністю, яка достатньо повно може бути охарактеризована генеральною середньоюі середнім квадратичним відхиленням. У зв'язку з цим число відібраних проб повинне бути таким, щобі S були близькими за значенням відповідно доі. При. Проте це практично нездійсненно. Достатня чисельність проб за Ю.І. Макаровим може бути визначена з виразу

де t – нормоване відхилення,

. Своєю чергою;

- для більшості промислових змішувачів може покладатися рівним 20 %;

- абсолютна відносна гранична погрішність визначення

С, %.

В оцінці якості змішування велике значення має також маса відібраної проби. Вона повинна бути такою, щоб випадкові відхилення співвідношень компонентів не викривляли б загальну картину розподілу речовини в суміші. Звичайно, чим менша маса проби, тим точніше може бути визначена якість змішування. Проте мінімальна маса проби обмежується тим, що при зменшенні проби може наступити момент, коли надлишок або недостача в пробі одного з компонентів, які обчислюються однією або декількома його частинками, істотно позначатиметься на величиніі тим самим на величині

Мінімальна маса, г, проби може бути визначена таким чином:

для суміші, що не грудкується

(3.5)

для сумішей, що грудкуються

(3.6)

де- середній діаметр частинок відповідно порошку і грудок, см;

- густина матеріалу частинок, г/см:

- насипна щільність грудок, г/см3;

- задана концентрація основного компонента в суміші.

Після визначення кількості проб і їх маси важливе значення має вибір методу аналізу проб.

Існуючі методи аналізу проб можуть бути розділені на дві групи. До першої групи в основному належать гравіметричні, а також радіометричні, засновані на безпосередньому аналізі порошкових проб, до другої – методи, засновані на аналізі проб, розчинених у спеціальних рідинах. До цієї групи належать хімічні, кондуктометричні, потенціометричні, оптичні та гравіметричні методи аналізу розчинів.

Гравіметричні методи першої групи засновані на розділенні проби за складовими і подальшому їх зважуванні. Для цієї мети застосовуються ситовий аналіз, магнітна і повітряна сепарації.

Ситовий аналіз застосовується в тому випадку, якщо компоненти шихти відрізняються за розміром частинок. Для аналізу проб, малих за масою, цей метод неприйнятний.

Магнітна сепарація застосовується, якщо компоненти шихти різняться за магнітними властивостями (мають магнітні і немагнітні складові). В цьому випадку розділення проби на магнітну і немагнітну складові проводять таким чином.

Пробу тонким шаром наносять на немагнітну підкладку і прикривають зверху тонким шаром паперу. Потім до верхнього листка підносять електромагніт, внаслідок чого магнітна складова проби пристане до листка. Після розділення проби проводять зважування складових.

Повітряна сепарація зазвичай застосовується для розділення грубозернистих проб на складові, які значно різняться за щільністю.

Гравіметричні метод другої групи засновані на розчиненні основного або інших компонентів проби з подальшим визначенням розчиненої речовини і залишку.

Гравіметричні методи аналізу проб, особливо другої групи, трудомісткі і не вирізняються високою точністю.

Вищою точністю вирізняються хімічні методи аналізу розчинів, у основі яких лежить титрування. В цьому випадку спеціально підібраний реагент (титрант) вибірково реагує з основним компонентом, що міститься в розчині, за схемою:

(3.7)

де А – основний компонент;

В – титрант;

С і D – продукти реакції.

За кількістю титранту, який пішов на титрування, можна розрахувати процентний вміст основного компонента в пробі.

Кондуктометричні методи засновані на здатності розчинів проводити електричний струм, яка залежить від концентрації і природи розчиненої речовини. Здатність проводити струм характеризується електропровідністю розчину, яка обернено пропорційна його опору. Опір розчину, Ом:

(3.8)

де І – відстань, між електродами, см;

V – питома електропровідність, Ом х см;

F- площа електродів, см2.

Знаючи величину R, можна знайти величину V, за якою можна розрахувати концентрацію аналізованого розчину

Для масових аналізів одних і тих же сумішей зазвичай будують калібрувальну криву, по якій надалі за величиною V визначають концентрацію речовини. Цей метод неприйнятний при визначенні концентрації в сумішах елементів, іони яких у розчині мають однакову або сумірну рухомість.

Методи потенціометрів засновані на вимірюванні електродних потенціалів, що виникають при електролізі розчинів електролітів. При цьому

(3.9)

де- вимірювана ЕДС;

- стандартний потенціал виділення визначуваного елемента;

П – валентність елемента;

С – концентрація елемента в розчині.

Оптичні методи аналізу проб засновані на здатності рідких середовищ частково поглинати або заломлювати світло, що пропускається через них, а також обертати площину поляризації світла, яке проходить через них.

Радіометричні методи аналізу засновані на кількісному визначенні випромінювання, яке витікає з радіоактивної речовини, що міститься в пробі (метод "мічених атомів"), або яке проходить від зовнішнього джерела через пробу. Для визначення радіоактивного випромінювання найчастіше використовують лічильники Гейгера.

Грануляція вихідної шихти зазвичай проводиться з метою поліпшення її текучості при автоматичному пресуванні, особливо в тих випадках, якщо вона складається з порошків з малим розміром частинок (менше 5-10 мкм). Грануляцію можна проводити різними методами, серед яких найпоширенішим є метод, заснований на замішуванні порошку зі зв'язкою (парафін, розчин каучуку в бензині, розчин полівінілового спирту в воді тощо). Надалі одержану суміш протирають на протиральних ситах і гранулюють обкаткою в спеціальних барабанних або конусних грануляторах.

Можлива також грануляція за рахунок розпилювання суспензій, які вміщують розчин зв'язки (наприклад, розчин парафінового воску та стеорінової кислоти в трихлоретані) та порошків з їх вмістом у суспензії 70-80 %. Для розпилювання суспензій можна використовувати установку, розроблену датським підприємством А/С Ніро "Атомайзер грануляції твердосплавних сумішей", схема якої наведена на рисунку 37.

Схема установки для отримання гранул розпилюванням суспензій з одночасною сушкою

Рисунок 37 – Схема установки для отримання гранул розпилюванням суспензій з одночасною сушкою

Отримання гранул у цій установці відбувається в закритому1 контурі, що запобігає внесенню в продукт домішок. Згідно з технологічною схемою цього процесу суспензія подається в камеру розпилювання і за допомогою спеціальних сопел та зустрічного потоку азоту диспергується на краплі, які під дією поверхневого натягу рідини сфероїдизуються. Завдяки тому що температура азоту та середовища камери підтримується на рівні 110- 120 °С, розчинник зв'язки практично миттєво випаровується і частинки міцніють. Частина їх збирається внизу камери, а частина відноситься струменем суміші азоту та розчинника і осідає в циклоні. Азот і пар розчинника, які мають температуру на виході 60- 70 °С, надходять у скруббер-конденсатор, де охолоджуються. Розчинник конденсується і знову використовується для приготування суспензії, а азот після підігріву рециркулюється в камеру розпилювання. Отриманий порошковий продукт просіюють з метою вилучення потрібної фракції (зазвичай 50-100 мкм). Частинки більшого та меншого розміру після спеціальної обробки з метою видалення зв'язки знову надходять на операцію приготування суспензії.

Грануляцію (укрупнення) частинок шихти можна також проводити її спіканням з подальшим дробленням. Найчастіше цей метод прийнятний для укрупнення дисперсних порошків з метою підвищення їх текучості і зниження пірофорності.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси