Формование металлических порошков в деталях
Формування тіл з металевих порошків є однієї з головних операцій при виробництві порошкових виробів. При формуванні в основному визначаються форма й розміри виробів. Для формування компактного тіла з порошку потрібні значні витрати енергії. Ця енергія витрачається на ущільнення заготівлі шляхом переміщення й деформації часток, на подолання сил тертя між частками й стінками формуючої порожнини.
Чим більше контактна поверхня часток порошку, тим сильніше між ними зачеплення й зчеплення. А площа контакту, природно, збільшується при підвищенні тиску на поверхню (приблизно пропорційно). За рахунок збільшення контакту між частками при формуванні підвищується міцність формуємого тіла, зменшується пористість, подрібнюються скупчення часток, а іноді й самі частки, і відбувається деяке зміцнення (наклеп) часток.
Порошкові метали можуть деформуватися як внаслідок деформації окремих часток, так і внаслідок їхнього зсуву й заповнення ними пор. Таким чином, деформація сипучого тіла, на відміну від компактного, змінює не тільки його форму, але й обсяг. Звичайно при формуванні висота заготівлі стосовно висоти насипаного порошку зменшується в 3-4 рази й більше (Рис. 1.8).
Рис. 1.8 – Схема зміни обсягу при формуванні порошків.
Рис. 1.9 — Схеми переміщення часток порошків при формуванні.
При формуванні може відбуватися одночасно пружна, тендітна й пластична деформація часток. Рисунок 1.9 показує можливі схеми переміщення часток порошкового металу. При зближенні часток може відбуватися збільшення площі контактних ділянок як без деформації часток (а), так і з їхньою деформацією (б); видалення часток (в) викликає зменшення контактних ділянок і навіть може привести до розриву контакту; ковзання часток (г) супроводжується зсувом контактних ділянок; одночасно з переміщенням частки можуть руйнуватися внаслідок тендітної деформації (д). У результаті тендітної деформації можуть руйнуватися як скупчення часток, так і самі частки. Це спостерігається при формуванні порошків з тендітними й твердими тридцятимільйонними, наприклад тонкої чавунної стружки, а також твердих, але тендітних з’єднань металів. Ступінь деформації часток підвищується зі збільшенням пластичності формуємого матеріалу й прикладеного тиску.
На результати формування впливають різні фактори: насипна маса порошку, попередня обробка порошків, величина й напрямок тиску при формуванні й ін.
Сипучі тіла займають обсяг, при якому механічна міцність тіла, обумовлена взаємним зачепленням часток, достатня для опору тиску, викликуваному масою порошку. Якщо механічна міцність велика, то достатній ступінь зачеплення виходить уже при пухкому укладанні й порошок має малу насипну масу. Якщо ж міцність сипучого тіла мала, то для одержання необхідного зачеплення потрібна більше щільне укладання, що підвищує насипну масу порошку.
Рис. 1.10 — Стадії формування порошків.
При засипанні порошку в прес-форму його частки розташовуються хаотично, утворює при цьому так звані містки або арки. Щільність засипаного порошку в цьому випадку дорівнює його насипній масі (Рис. 1.10, а). Додаток зовнішнього тиску до такому вільно насипаному порошку приводить до різкого підвищення його щільності за рахунок заповнення порожнеч і пор. У міру збільшення прикладеного тиску містки й арки руйнуються (Рис. 1.10, б, в) і частки проникають у дрібні пори. На подальших етапах формування відбувається якісна й кількісна зміна границь між частками: від тертя часток при переміщенні друг щодо друга здираються окісні плівки, контакти між частками в цих місцях з неметалічних переходять у металеві, у результаті чого підвищується міцність заготівлі (Рис. 1.10, г); потім відбувається тендітне руйнування часток порошків із твердих металів і пластична деформація часток з м’яких металів (Рис. 1.10, д).
Методи формування порошкових заготівель досить різноманітні. За часом дії їх можна підрозділити на переривчасті й безперервні, по принципах додатка тиску – на поступово зростаючі, миттєво зростаючі й вібраційні, по напрямку або схемі формування – на однобічні, двосторонній, всебічній і відцентрові, по застосовуваній температурі – на холодне формування при кімнатній температурі й гаряче при підвищеної, по атмосфері – на формування на повітрі, у вакуумі й в інертному середовищі.
До переривчастих методів ставиться більшість випадків формування, коли має місце поштучне виготовлення виробів: формування на різного роду пресах (гідравлічних, механічних, вібраційних), а також різні види ізостатичного (всебічного) формування – гідростатичне, гаряче ізостатичне, підривне.
До безперервних методів, за допомогою яких можна одержувати вироби значної довжини, ставляться клинове формування, мундштукове (екструзія) і прокатка металевих порошків. Крім того, до методів формування ставиться так зване шлікерне лиття, що практично здійснюється без додатка тиску.