Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Получение порошков. Классификация методов. Механические методы. Назначение, состав, принцип действия и параметры щековой дробилки
Получение порошков – это технологический передел порошковой металлургии, в значительной степени определяющий комплекс свойств готовых изделий. Качество порошков зависит от метода получения. Мех.Методы (дробл, измельчение, помол)
Основным аппаратом грубого дробления является дробилки (щековые и валковые). Как правило щ.д. используется в предварительной операции. Размер получаемых частиц порошка составляет 1-3 мкм. П.Д. Куски исх. Материала размер которых не должен превышать величины зева А поступают через загрузочное окно в полость между щеками. Под действием электропривода подвижная щека совершает колебательное движение относительно верхней оси. При движении щеки вправо происходит продвижение исходных кусков вниз и выпуска порции измельченного материала через шпальт В.
Хар-ки.
1 размер исх. Кусков
2 Степень измельчения
3 Производительность.
Параметры процесса
1 Скорость вращения привода
2 угол захвата
Размер шпальта
Преимущества. 1 Простота конструкции и надежность в работе. 2 Компактность установки. 3 Простота обслуживания. 4 Возможность работы в непрерывном режиме.
Недостатки. 1 Шум. 2 Вибрация.
2.Получение порошков. Назначение, состав, принцип действия, оптимальные режимы и параметры барабанной мельницы
Барабанная мельница.
1 – корпус мельницы; 2 – опоры; 3 – люк загрузки/выгрузки; 4 – привод.
Барабанная мельница представляет собой полый барабан с помещёнными внутрь размольными телами (шарами, роликами). Измельчение загруженного в неё материала происходит при вращении барабана вокруг своей оси в результате мех. воздействия шаров на куски исходного материала. При этом потенциальная и кинетическая энергия шаров пе- реходит в работу разрушения. В зависимости от параметров работы мельницы закономер- ности движения размольных тел, а значит вид мех. воздействия может существенно изме- няться (от истирающего до ударного воздействия).
Режимы работы барабанной мельницы.
а) Режим скольжения – при невысокой скорости вращения барабана возникающая сила трения в местах контакта шаров и внутренней поверхности барабана приводит шары во вращательное движение вокруг своей оси. В результате происходит проскальзывание шаров относительно друг друга. Находящийся в мельнице материал измельчается истира- нием. Производительность измельчения незначительна.
б) Режим перекатывания – возникает при увеличении скорости вращения до значе- ний обуславливающих увеличение силы трения и подъём шаров на некоторую высоту, на угол соответствующий углу естественного откоса. С этой высоты происходит отрыв и пе- рекатывание шаров по наклонной плоскости. В результате помимо истирающего воздей- ствия возникает ударное (дробящее) воздействие. Этот режим является эффективным для измельчения средних и тонких фракций порошка.
в) Режим дробления – возникает при условии отрыва размольных тел в верхней точке внутренней полости барабана. В рез-те размольные тела (шары) падают с высоты равной 2 радиусам корпуса, обладая максимальной потенциальной энергией. При падении потенциальная энергия шаров переходит в кинетическую и далее в работу разрушения кус
ков исходного материала. При этом режиме эффективно разрушаются крупные куски, но одновременно идёт повышенный износ размольных тел и загрязнение порошка.
г) Режим прилипания – возникает при скорости вращения превышающей некоторое значение nкрит. При работе в данном режиме процесс измельчения практически прекраща- ется.
Скорость вращения.
Отрыв шара от поверхности барабана и последующее падение будет происходить при выполнении определённых условий отрыва.
Расчётная схема
N-центробежная сила; G-сила тяжести шара; Т-сила трения; Р-радиальная сила, предст. собой проекцию силы тяжести на радиус; α-угол подъёма шара до отрыва; R-радиус корпуса мельницы.
Условие отрыва: N=P; N=mV²/R=G(2πRn)²/gR=4Gπ²Rn²/g.
P=Gsinα=4Gπ²Rn²/g; 1=4π²Rn²крит/g/
nкр=
Критическое значение скорости вращения nкр обеспечивает подъём и отрыв шара в верхней точке полости барабана. Практически скорость вращения барабана устанавлива- ется 0,75 nкр.
Размер шаров.
Масса размольных тел (шаров) должна иметь энергию, кот. запасается в результате подъёма шаров при вращении мельницы, достаточную для совершения работы разруше- ния наибольших кусков материала. Если энергии будет недостаточно, то крупные куски измельчаться не будут, а при непрерывной загрузке мельницы накопление крупных кус- ков приведёт к прекращению процесса измельчения. Существует аналитическая зависи- мость для определения оптимального размера шаров.
dопт dmax-макс. размер кусков измельчаемого материала; σ-предел прочности измельч. мат-ла; Е-модуль упругости; γ-плотность шаров; D-внутренний диа- метр мельницы.
В практике наборка шаров состоит из трёх типов размеров – кр.-0,05D; ср.-0,025D; м.-0,001D.
Для грубого измельчения соотношение объёма шаров и объёма измельчаемого ма- териала должно составлять 2,5 – 3. А для тонкого измельчения от 6 до 12. Коэффициент заполнения мельницы не должен превышать 0,5.
Производительность и мощность.
(т/час)
с-эмперический коэффициент зависящий от тонкости помола; g-ускорение силы тяжести; γ-насыпная плотность шаров; D-диаметр мельницы; L-длина барабана; k-коэф-т заполне- ния мельницы.
η1-КПД электродвигателя; η2-КПД привода.
Среда измельчения.
Среда измельчения м.б. газовая и жидкая. Жидкая среда выполняет несколько функций: интенсифицирует измельчение; транспортирует крупку и порошок; защищает от окисления; предотвращает пыление продукта. Обычно жидкость берётся из соотношения 0,15-0,2 литра на кг шаров.
Время измельчения.
В режиме периодического действия время измельчения определяется эксперимен- тально и составляет величину от нескольких часов до неск. суток.
Футеровка.
Предназначена для уменьшения износа внутренней поверхности мельницы, а также для снижения загрязнения измельчаемого продукта примесями в рез-те ,,натира”.
Разгрузка.
Разгрузка осуществляется периодически ч/з загрузочный люк на боковой поверх- ности барабана или непрерывно ч/з торцевую поверхность.
Технологические факторы:
скорость вращения, размер размольных тел, масса разм. тел, масса измельчаемого материала, коэф-т заполнения, среда измельчения, время измельчения.
Преимущества:
- универсальность и выс. производительность;
- надёжность и безопасность в работе;
- возможность работы в непрерывном режиме.
Недостатки:
- шум и вибрация во время работы;
- значительный расход энергии на измельчение;
- загрязнение измельчаемого материала в рез-те ,,натира”.
3 Диспергирование расплавов газом
1 – Тигель с нагревателем, поворотный
2 – Расплав
3 – Металлоприемник
4 – Форсунка
5 – Факел распыления расплава
6 – Колонна распыления
7 – Контейнер – сборник гранул
8 – Фильтр для очистки газа
9 – Компрессор
Расплав металла с заданными параметрами по температуре создается в тигле(1). Тигель расположен в печном пространстве с контролируемой атмосферой. При распылении тигель наклоняют и расплав вытекает в предварительно разогретый металлоприемник и оттуда сразу в узел распыления, состоящий из металлопровода и форсунки. Форсунка формирует газовые струи, которые с высокой скоростью воздействуют на струю расплава. Струя дробится на отдельные капли, образуя факел распыления. Капли расплава застывают перемещаясь в газовой атмосфере колонны распыления. Затвердевшие гранулы собираются с сборнике. Отработанный газ через фильтр и компрессор возвращается в узел распыления. Сущность метода заключается в разрушении предварительно расплавленного металла воздействием газоэнергоносителя, источником растягивающих и сдвигающих напряжений.
Классификация узлов распыления
По схеме ввода струи расплава
а – со свободным сливом (преим-ва: простота и дешевизна изгот
недостатки: колебания струи приводящие к неравномерному распылению, попаданию струи на форсунку и ее размыв (расплавление))
б – с полуограниченным сливом
в – с ограниченным сливом струи (непосредственно в фокус распыления) (пр-ва: стабильность процесса и равномерность распыления
недостатки: сложность конструкции; возможность захолаживания струи в металлопроводе)
По конструкции газовых форсунок
По форме струи расплава
круглая прямоугольная кольцевая
По скоростному режиму дутья
С дозвуковой скоростью; с звуковой скоростью; с резонаторами
По активности газа с энергоносителем
Нейтральный газ (Ar); хим активный газ (воздух, О2, N2)
По температуре газового потока
Холодный; горячий
Классификация методов диспергирования:
1 По виду энергии получения расплава (эл дуговой нагрев, плазменный, электронно лучевой, индукционный, лазерный).
2 По виду силового воздействия на расплав (энергия струи газа или жидкости, центробежные силы, ультразвук, электромагнитные силы, механическое воздействие)
3 По среде (окислит, восстан, инертная, защитная, реакционная).
4.Получение порошков центробежным диспергированием расплавов. Разновидности метода. Основные параметры.
Недостатком газоструйного распыления расплавов является возможность загрязнения гранул газовыми примесями.
Они преодолеваются при центробежном диспергировании, которое осуществляется как в газовой среде так и в вакууме.
С помощью электрода производится быстрое расплавление торца, вращающегося с высокой скоростью электрода выполненного из диспергируемого материала. Под действием центробежных сил пленка расплава разрушается на волокна прядей, нитей, капели которые после затвердевания превращаются в гранулы.
Ротационное диспергирование.
Расплав дисперг. Материала из тигля сливается на быстровращающийся водоохлаждаемый диск. Под действием центробежных сил пленка расплава разрушается с образованием капель, которые после охлаждения превращаются в гранулы.
Преимущества.
1.Низкие затраты энергии на получение порошка
2.Низкое загрязнение материала при диспергировании.
3.Возможность получения новых физических св-в материалов.
4.Получение металлических стекол.
5.Получение сферических порошков.
5.Химические методы получения порошков. Метод восстановления. Основы теории. Получение порошка вольфрама.
При получении порошков хим. методами происходят глубокие хим. превращения.
Получение порошков восстановлением соединений.
Металлические порошки получают в рез-те восстановления оксидов галагенидов и других соединений веществами восстановителями: газами (водород, СО и др.), твёрдыми веществами (углерод), металлами (Mg, Ca, Na, Al).
Основы теории.
Реакция восстановления записывается след. образом:
МеА+Х=Ме+ХА, где Ме-восстанавливаемый металл; А-неметаллическая составля- ющая соединения (O2, F, Cl и др.); Х-восстановитель (газ, тв. вещ-во, металл).
Термодинамический анализ состоит в определении условий протекания процесса восстановления в требуемом направлении. Восстановителем может быть вещ-во, которое в условиях реакции (t, концентрация, давление) обладает большим химическим сродством к неметаллической составляющей А, чем восстанавливаемый металл. Хим. сродство – это прочность хим. связи. Мерой хим. сродства служит величина свободной энергии освобож- дающейся при образовании хим. соединения, чем больше высвобождается энергии, тем прочнее хим. соединение. Поэтому реакция восстановления возможна лишь в случае, если при образовании нового соединения с восстановителем выделяется энергии больше, чем при образовании соединения металла с тем же элементом А.
Zr+O2=ZrO2-420 кдж/моль
2Са+О2=2СаО+525 кдж/моль
Средний тепл. коэф-т показывает, что Са может использоваться в качестве восстановителя ZrO2.
Восстановление газом.
Механизм восстановления соединений металлов с газами основывается на адсорб- ционно-автокаталитической теории. Эта теория предусматривает следующую последова- тельность элементарных актов гетерогенной топохимической реакции.
1. Адсорбция газа восстановителя на поверхности восстанавливаемого соед-я.
2. Отдача электронов восстановителя в решётку соединения.
3) Отрыв ионов неметаллической составляющей А и соединение их с атомами вос- становителя.
4) Десорбция образующихся молекул нового соединения ХА.
5) Соединение ионов восстанавливаемого металла с электронами восстановителя и рост кристаллов.
По мере протекания реакции реагирующая поверхность, а значит и скорость реак- ции увеличивается в рез-те её искривления относительно кристаллов образовавшегося ме- талла. Ускорение реакции заканчивается после выравнивания реагирующей поверхности. В дальнейшем реакционная поверхность имеющая форму сферы уменьшается, а значит и уменьшается скорость процесса.
Основы кинетики.
Кинетика определяет скорость протекания процессов восстановления, т.е. кол-во вещества прореагировавшего в единицу времени. Важное влияние на кинетику процесса оказывают:
1) Удельная поверхность исходных веществ (дисперсность шихты).
2) Хар-ки адсорбции.
3) Хар-ки хим. взаимодействия в адсорбированных слоях.
4) Присутствие катализатора.
5) Хар-ки десорбции газообразных продуктов реакции.
6) Хар-ка диффузионных процессов.
Восстановление W ангидрида водородом.
WO3+3H2=W+3H2O
Дробление ангидрида→Рассев→Дозирование→Восстановление (Н2)→Разгрузка→ Измельчение→Сипар.
1-Трубчатая печь с зональным нагревом в диапазоне 700-1200°С; 2-Конвейер; 3-Лодочки (поддоны) с порошком W ангидрида; 4-Устройство подачи водорода в печь.
Схема печи восстановления: технологические параметры - t, производительность подачи водорода, скорость движения лодочки, высота слоя исходного материала. Содержа- ние влаги в водороде оказывает существенное влияние на размер частиц W. Как правило размер частиц составляет 10-15 мкм.
6.Физико-химические методы получения порошков. Плазмо-химический метод. Схема установки. Получение порошка никеля
Получение порошков в плазме является разновидностью восстановительных процессов отличающегося высокой производительностью и дисперсностью полученных порошков.
П.Д. Между катодом 1 и анодом 2 под действием называемым разностью потенциалов подается плазмообразующий газ (аргон, азот, кислород). Формирует факел плазмы. Газ-восстановитель орто-водородная плазма. Взаимодействие в зоне факела с исходным сырьем с образованием металла в виде пара, который охлаждаясь концентрируется в виде высокочистого порошка. NiO + H2 = Ni + H2O
7. Карбонил процесс.
Карбонил-процесс (термическая диссоциация карбонилов).
Карбонилами называют хим. соединения металлов с группами СО. Многие карбо- нилы при комнатной температуре находятся в газообразном состоянии.
Карбонильный метод заключается в синтезе карбонилов металлов и последующей их диссоциации с выделением металла в виде порошка. Синтез осуществляется в рез-те обработки металлосодержащих материалов (скрапа, отходы и т.д.) монооксидом углерода при повышенных давлениях и температурах. Реакция идёт с выделением тепла.
I. МехАу+zСО→Мех(СО)z+уА+Q – синтез карбонила
II. Мех(СО)z→хМе+zСО-Q – термическое разложение
А – балластное вещ-во (О2, солевой остаток, примеси и т.д.).
х, у, z – коэффициенты.
Мех(СО)z – карбонил металла.
Записанные две реакции составляют единую хим. транспортную систему.
Карбонил-процесс используется для получения порошков металлов VI-VIII групп период. системы (Ni, W, Mo, Co, Fe и др.).
Преимущества:
Недостатки: метод применим для ограниченного круга металлов.
1-колонна синтеза;
2-конденсатор;
3-испаритель;
4-колонна разложения.
Принцип действия.
В колонну синтеза 1 представляющую собой прочную стальную конструкцию за- гружают исходное сырьё. В нижнюю часть колонны подаётся монооксид углерода. При синтезе протекающем при давлении до 20 МПа (2 атм.) и темп-ре до 500°С на поверхнос- ти исходного сырья адсорбируется монооксид углерода, кот. взаимодействует с металлом с образованием карбонила металла по реакции синтеза I. В результате диффузии карбони- ла к поверхности твёрдого вещества и его десорбции происходит извлечение металла в га- зообразную фазу. Образовавшаяся парогазовая смесь кроме карбонила основного металла содержит газообразные примеси – карбонилы примесей, влага, О2. Для очистки парогазо- вую смесь охлаждают в конденсаторе 2 и переводят карбонилы в жид. состояние. После реактификационной очистки (отделение карбонилов примесей) карбонил основного ком- понента в жидком состоянии поступает в испаритель 3. После подогрева газообразный карбонил поступает в колонну разложения 4. В колонне разложения происходит распад молекул карбонила на атомы металла и молекулы монооксида углерода СО в условиях повышенной температуры 200-400°С и разряжения менее 1 атм.
На кинетику и морфологию формирования частиц влияют степень разряжения, температура, конденсация паров металла. Чем ниже темп-ра, остаточное давление, кон- денсация паров металла, тем больше образуется зародышей частиц и дисперсней поро- шок. По указанному методу получают порошки с размером частиц порядка 20 мкм.
8.Свойства порошков. Классификация свойств. Химические и физические свойства: методика определения, единицы измерения.
Свойства порошков в значительной степени определяют качества материалов и изделий получаемых методами порошковой металлургии. Свойства подразделяются на 4 основных группы: химические, физические, технологические, специальные.
1). Химические свойства.
Химические свойства характеризуют природу материала и определяютс химическим составом порошков. Содержание основного компонента (например: Fe), содержание лигирующих элементов (спец. Вводимый), содержание примесей и инородных включений (сами собой получаются).
Примеси бывают: металлические (Fe, Al, Si) и неметалл-ие (F, S, O2, C, H2). Среди неметаллических примесей особое место занимают газовые, основные из которых O2, N2, H2. Газовые примеси могут присутствовать в виде твёрдого раствора в основном компоненте химических соединений (оксиды, нитриды, гидриды), а также в свободном газообразном состоянии на поверхности частиц и в порах. Присутствие газовых примесей должно строго контролироваться, т.к они существенно влияют на технологичность порошка, так и на качество получаемого материала
Источники газовых примесей.
1). Сырьё
2). Способ получения порошков (механическое измельчение (Кислород может быть набран); диспергирование расплава (O2, Ar2,N2); восстановление (Н2, СО); карбонил процесс (СО, О2); электролиз (Н2, хлодиды, фториды); плазмохимический метод (N2, О2, подмешенные газы).
3). Адсорбция газов при хранении и транспортировки.
4). Газовая атмосфера спекания.
5). Разложение связки и смазки вносимых при прессовании.
6). Взаимодействие основного компонента и примесей с влагой при нагревании.
Дополнительно к химическим св-вам относят:
1). Пирофорность, т.е способность к воспламенению, температурав возграния порошков Тi 330 ºС, Та 420 ºС.
2). Взрываемость, способность к взрыву, который характеризуется показателем НКПВ (нижний ….
для Тi (НКПВ)=25 (г/м3)
для Та (НКПВ)=200 (г/м3)
3). Токсичность, это способность вызывать потологические изменения в организме человека, характеризуемые показателем ПДК (предельно-допустимая концентрация) для Ве 0,001 мг/м3; для оксида ванадия (V2О5) 0,1 мг/м3.
2).Физические свойства.
1). Форма частиц зависит от метода получения частиц порошков.
А). сферическая
Б). губчатая
В). осколочная
Г).дендритная
Д). чечивичная (чешуйчатая)
Е).игольчатая
А). Сферическая форма получается диспергированием расплавов и карбонил процесс
Б) губчатая получается при восстановлении и при электролизе
В). При механическом измельчении
Г). электролизом и испарение-конденсация
Д) электролиз и дискретная экстракция расплавов и при диспергировании расплавов
Е) механическая и дискретная экстракция расплавов (Д.Э.Р).
Форма частиц изучается под микроскопом и характеризуется следующими показателями:
1). Фактор неравноосности К1 и К2
К2- фактор развитости поверхности Sсф=Sденд
Указанные факторы оцениваются статистически. Форма частиц существенно влияет на технологические свойства порошков и на качества изделий.
2). Размер частиц.
1). Порошки представляют собой полидисперсные системы, состоящие из частиц различной крупности.
2). Фракция-часть полидисперсной системы, состоящая из частиц входящих в определённый диапазон размеров. Фракция обозначается -50 мкм (от 0 до 50 мкм).;
+50 -200 мкмк (от 50 до 200 мкм).
Дисперсность (крупность) порошка характеризуется гранулометрическим, фракционным составом и расчётными величинами.
|
Размер частиц, мкм |
Содержание фракций, % |
|
-10 |
10 |
|
+10 -20 |
20 |
|
+20 -30 |
30 |
|
+30 -40 |
25 |
|
+40 -50 |
15 |
|
100% |
Кривые распределения. Гистограмма
1-Дифференциальная кривая распределения частиц по размерам
2-Интегральная кривая по «минусу» распределения частиц
3-Интегральная кривая по «плюсу» распределения частиц
3).Средний размер частиц
di-средний размер частиц i-той фракции;ni-кол-во частиц i-той фракции
4).
mi-масса i-той фракции
5). Степень полидисперсности
σ-среднее квадратическое отклонение
dср.-средний размер частиц
6). Дисперсность порошка может характеризоваться минимальной ячейкой сита, через которое просыпалась вся проба порошка в стандартах СНГ d опред. В мм, в международных стандартах АSТМ N определяется в меш.
Меш-это количество ячеек на линейный дюйм
d-размер ячейки сита , в мм.
Кондуктометрия
Метод основан на определении измерения проводимости калиброванного канала заполненного электролитом при прохождении через него частиц разной величины.
1-ёмкость с электролитом
2-электроды
3-кондуктор с калиброванным отверстием Б
4 и 5- краны
6-буферная ёмкость
7-вакуумный насос
8-ртуть
9 и 10 –электрические контакты
А- цепь усилителя
Схема счётчика Культера ТА-2
Принцип работы:
1) подготовка прибора к работе. Закрывают кран (4) и включают вакуумный насос (7), создаётся разряжение в стеклянной трубке и под действием разницы давлений уровень ртути поднимается на высоту h. Сосуд (1) загружают пробу порошка и размешивают (мешалкой) в электролите.
2). Проведение измерений. Закрывают клапан (5) и открывают клапан (4). Опускаясь, уровень ртути создает разряжение в стеклянной трубке, погружённой в кондуктор (3). Электролит с порошком через калиброванное отверстие Б просасывается из сосуда (1) в кондуктор (3). Объём прокаченного электролита определяется объёмом ртути в измерительном цилиндре.
При опускании уровня ртути, в результате её движения справа налево происходит последовательное замыкание контактов (9) и (10).
При замыкании контакта (9) происходит включение электронно-пересчётного устройства усилителя А, при замыкании контакта (10) усилитель отключается. В зависимости от размера частицы изменяется электропроводность (электросопротивление) калиброванного канала между электродами (2). Величина импульса определяет размер частиц, а количество импульсов количество частиц.
9.Технологические свойства порошков: определение, методика определения, единицы измерения.
Технологические свойства порошков определяют технологичность порошков, т.е. способность порошков к формованию, транспортируемости, дозированию, заполнению форм.
1-Текучесть. Способность порошка течь (осыпаться) 9.Технологические свойства порошков: определение, методика определения, единицы измерения.
Технологические свойства порошков определяют технологичность порошков, т.е. способность порошков к формованию, транспортируемости, дозированию, заполнению форм.
1 - Текучесть. Способность порошка течь (осыпаться) под действием силы тяжести. Оценивается временем истечения навески порошка 50 г через калиброванное отверстие диаметром 2,5 мм по ГОСТ. Определяет производительность аппаратов и оборудования, т.к. характеризует скорость загрузки и выгрузки. (г/с)
2 – Угол естественного откоса – угол, оборудований конусной поверхности свободно насыпанного порошка с горизонтальной поверхностью. Определяется трением между частицами и равен углу трения. Угол естественного откоса необходимо учитывать при проектировании оборудования и пресс-форм. Величина угла составляет для большинства порошков 25-70°.
3 – Насыпная плотность – масса единицы объема порошка при его свободной засыпке. Зависит от природы материала, дисперсности порошка, фрмы частиц, качества поверхности, влажности, и.т.д. Учитывается при конструировании бункеров, пресс-форм, капсул, тех. Оболочек для формования.
4 – Плотность утряски – масса единицы объема порошка при засыпке с применением вибрирования. При положении вибрации на емкость с порошком происходит уменьшение межчастичного трения. В результате чего происходит относит. Смещение частиц и образование более плотной упаковки.
5 - Уплотняемость – способность порошка к сокращению занимаемого объема под действием давления.
6 – Формуемость – способность порошка сохранить приданную ему в результате прессования форму в зависимости от остаточной пористости
10.Формование порошков. Классификация методов формования. Основы теории. Подготовка формовочных масс: сухие, полусухие, пластичные, жидкотекучие формовочные массы.
Методы формования. Прессование, Пластическое, Шликерное, Газофазное.
Прессование – предание порошковому телу заданных форм, размеров и физ.-мех. Свойств в результате уплотнения в пресс-формах под действием внешних нагрузок.
По схеме приложения: одностороннее, двусторонние, изостатическое (всестороннее)
По характеру приложения нагрузки: статическое, динамическое, вибрационное.
По температуре: холодное, горячее.
По среде: вакуумное, в инертной среде, в реакционной среде.
Пластическое формование – придание порош.телу заданных размеров, формы и физ-мех свойств с исполнением значительных пластических деформаций (для получения длинных изделий)
Бывает: Мундштучная, Горячая энергия, Прокатка порошков.
Мундштучное – для формование непластичных материалов порошков оксидов, карбидов, и.т.д.
Горячая энергия – для формования пластинных материалов, порошков меди, алюминия, железа, т.е. металл. Порошков.
Прокатка порошков при формовании порошков пластичных металлов.
Шликерное формование – придание порош.телу заданных размеров, формы и физ-мех свойств путем заливки жидкотекучих формовочных масс (шликера) в пористые формы.
Газофазное формование – получение порош.тел заданных размеров и физ-мех свойств путем испарения материалов и последующей их конденсацией.
Формовочные массы бывают: Сухие; Полусухие; Пластичные; Жидкотекучие (шликеры).
Сухие – порошки без добавления жидкой фазы. Характеризуются физико-хим и технологическими свойствами.
Полусухие – массы состоящие из порошков и связки в количестве от 3 до 6%. В качестве связки используют поливиниловый спирт, раствор каучука в бензине, клеющие материалы, вода и т.д. Связка добавляется для адгезии частиц и играет склеивающую роль. Связка добавляется для улучшения технологических свойств, текучести формуемости и прессуемости. После добавки связки порошки гранулируют, т.е. превращают в конгломераты частиц, благодаря чему улучшается текучесть материала.
Пластичные – представляют собой дисперно-коллоидный материал, имеющий тестообразную консистенцию и состоящий из тв фазы (частицы порошка) и жидкой фазы (пластификатор). Пластификатор – вода, парафин, воск, глицерин – придает пластичность формовочным массам. Пластичные массы образуют коагуляционные структуры, состоящие из тв частиц и жидких прослоек, находящихся в определенном фих-хим взаимодействии. Силы связи между частицами зависят от толщины прослоек. Структуры имеют свойство тиксотропии – способность восстанавливать пластическую прочность после разрушения. Кол-во пластификатора 10-25%.
Жидкотекучие – формовочные массы (шликеры) представляющие собой устойчивую суспензию порошки в жидкой связке. Содержание жидкой фазы 25-60%
Свойства пластичных масс:
1 условно-мгновенный модуль Е1=/0 где 0 – упругая деформация -напряж-е
2 эластичный модуль Е2=/(м-0) Характеризует восстановление формы и размеров в течение некот времени. м – характеризует начало пласт деформации.
3 равновесный модуль Е=/м
4 напряжение течения = Е м + Е – равновесный модуль; м – степень деформ;
- вязкость; - скорость деформации.
5 – Пластическая прочность – характеризует сопротивление деформации и определяется с помощью конического пластометра, (конус, кот вдавливается с постояной нагрузкой) м = К Р/h2
Свойства жидкотекучих масс:
1 Текучесть – характеризует способность заполнять форму и набирать массу заготовки. Зависит от вязкости.
2 Устойчивость – способность не расслаиваться в теч опред времени
Бывает седиментационная устойчивость – связана с разделением частиц по крупности в результате оседания частиц под действием силы тяжести.
И агрегативная устойчивость – связана с образованием конгломератов состоящий из множества мелких частиц и зависит от сил притяжения на поверхностях частиц. Эти силы зависят от природы тв или жидк фазы, дисперсности, формы частиц порошка, поверхностной энергии на границе порошок-жидкость.
3 Загустевание – способность сохранять вязкость в течение определенного времени.
4 Скорость набора черепка – характеризует скорость удаления жидк фазы после заливки шликера в форму.
11.Холодное прессование в жестких формах. Схемы. Пресс-инструмент. Технологические параметры.
Метод формования порошков, помещенных в жесткие формы приложением внешней, одноосной нагрузки с одной или нескольких сторон при комнатной температуре.
А – одностороннее прессование
Б – двухстороннее прессование
В – двухстороннее прессование на прессе простого действия
Этапы разработки технологического процесса
1 Сбор и анализ исходных данных
Чертеж изделия; Характеристики порошков или формовочных масс; Характеристики прессуемости и спекаемости.
2 Эскизная проработка схемы прессования
Выбор схемы прессования в зависимости от сложности прессовки
Определение направления и скоростей прессования различными элементами прессформы по фазам прессования до выталкивания
3 Геометрический расчет прессформы (внутренние размеры матрицы и размеры пуансонов)
4 Прочностной расчет прессформы (опред-е наружных р-ров матрицы, проверка пуансонов на прочность, выбор материала для изготовления матрицы и пуанс-в)
5 Оформление документации
Классификация прессовок по сложности
1 Прессовки без отверстий с пост сечением по высоте
2 С пост сечением по высоте, но с отверстием при усл h/ 8 3 –||– при усл h/ 8
4 Детали с буртом h/ 65 Детали с буртом h/ 6
6 Детали без отверстий но с несколькими переходами в направл пресс-я
7 Детали с отверстиями, огранич наклонными и кривыми поверхностями
На основе анализа чертежа детали выбирается схема прессования. Схему прессования характеризуют соотношение скоростей и перемещений элементов прессформы и последовательность приложения нагрузки к разл участкам поверхности прессовки. Должна обеспечивать минимальную разноплотность
Оборудование для холодного прессования
Основной вид оборудования прессы (механические, гидравлические)
1 – электродвигатель 2 – шкив-маховик ременной передачи
3 – Муфта включения 4 – кривошип 5 – ползун 6 – прессформа
7 – стол пресса
Преимущества: Быстроходность и высок производ-ть; простота конструкции и малые габариты
Недостатки: Требует точной регулировки
Гидравлические прессы
1 – электродвигатель 2 – насос
3 – распределитель 4 – бак с раб жидк-тью
5 – рабочий гидроцилиндр 6 – ползун
7 – прессформа
Преимущества: Возможность создания больших усилий
Универсален (не требует точн регулировки)
Возможность реализации выдержки под давл
Недостатки: Низкая скорость и производ-ть
12.Горячее прессование. Схема установки. Технологический регламент.
Горячее прессование – метод совмещающий формование и спекание порошков в едином процессе.
Приемущество – метод позволяет получать порошковый материал с плотностью близкой к теоретической (беспористое состояние). Позволяет прессовать материал без газовых примесей. Позволяет получать крупногабаритные изделия.
Методы нагрева порошков при горячем прессовании:
Материалы прессформ.
Материал для прессформ использующихся при горячем прессовании выбирается в зависимости от среды прессования (окисл., нейтр., вакуум), от температуры прессования (от 500 до 2500С), от давления прессования (от 5 до 100 МПа), от методов нагрева.
А) Графит – применяется при вакуумном горячем прессовании
Приемущества – при Т>1000С он прочнее жаропрочных сталей.
Недостатки – хим. Взаимодействие с мат-ом порошка, быстрый износ матрицы при выпресовке, пористость графита, ограниченность габаритов блоков графита выпускаемых пром-тью (900мм).
Методы улучшения качества графита:
Технологический цикл горячего прессования:
1 – пресс гидравлический
2 – плунжер пресса
3 – вакуумная камера
4 – прессформа с порошком
5 – насос высоковакуумный
6 – механический насос предварительного разряжения
7 – нагреватель
Порядок операций:
Загрузка порошка в прессформу – загрузка прессформы в печь – откачка воздуха из вакуумной камеры – нагрев порошка – прессование порошка – охлаждение порошка – выгрузка прессформы – выпрессовка заготовки.
В специально подготовленную графитовую прессформу, с предварительно нанесенной обмазкой на внутреннюю поверхность, для предотвращения взаимодействия порошка с углеродом, засыпают порошок, после сборки прессформы ее транспортируют в камеру печи с помощью грузоподъемных механизмов. Загрузка производится сверху или снизу, после чего печь герметизируется с помощью уплотнителей.
2. Откачка воздуха, вакуумирование.
Производится для создания необходимого разряжения при прессовании. При этом откачивается атмосферный воздух, газы сорбированные на внутренних деталях пчи, газы образовавшиеся в результате химического взаимодействия влаги с примесями и материалом порошка. Откачка производится в 2-е стадии:
А) предварительное разряжение (1*10-1 мм рт.ст.) производится механическим способом.
Б) откачка производится паромасляным насосом до остаточного давления (1*10-3 мм рт.ст.).
3. Нагрев
Производится для дегозации порошка, для снижения сопротивления деформации, для активации диффузионных процессов. В практике температуру нагрева определяют эксперементально.
Технологический регламент цикла горячего прессования.
а – вакуумирование печи;
b – нагрев порошка для дегазации;
c – дегазация порошка;
d – нагрев до рабочей температуры Тр;
е – подогрев порошка по всему объему;
g – приложение давления прессования;
h – рабочий режим;
f – сброс давления прессоваия и отключение нагрева
k – охлаждение.
13.Изостатическое прессование. Классификация. Холодное гидростатическое прессование. Принципиальная схема гидростата. Схема ЭПФ. Технологическая схема ХИП
Рабочая среда при ХИП это минеральные масла, вода, керосин, глицерин и др. Аппараты для ХИП называются гидростаты. В промышленности гидростаты выпускаются гидростаты до давления 12 тыс атмосфер.
Технологическая схема
Изготовление пресс-формы
Эластичные оболочки пресс-формы выполняют несколько функций:
Эластичные оболочки изготавливают из маслобензостойкой резины, полиуретана, латекса и т.д. Металлические детали не должны иметь острых кромок во избежание повреждения эластичной оболочки. Металлические детали должны иметь отверстия для свободного поступления жидкости к эластичной оболочки.
1 - крышка (металл); 2 - пробка (металл); 3 - эластичная оболочка; 4 - гильза металлическая перфорированная; 5 - корпус вакуумной камеры; 6 - уплотнение; 7 - эластичный элемент; 8 - уплотнение.
Схема эластичной пресс-формы (ЭПФ) для ХИП
Засыпка и вибрационное уплотнение
Операция выполняется для заполнения ЭПФ, придания порошковому телу заданной формы, а также для получения необходимой плотности порошка, обеспечивающий равномерное уплотнение.
Принцип действия.
Порошок из контейнера 1 поступает через соединительный сильфон 2 в ЭПФ. Пресс-форма установлена на вибростоле 4. Под действием вибропривода 6 вибростол вместе с пресс-формой совершает колебательные движения в вертикальной плоскости с определенной частотой f и амплитудой А. Благодаря вибрации достигается повышение ρ укладки.
1 - контейнер с порошком; 2 - сильфон (резиновый); 3 - ЭПФ; 4 - вибростол; 5 - пружины; 6 - вибропривод; 7 - элемент крепления контейнера.
При наложении вибрации на порошок при определенных режимах (f,A) практически исчезает трение между частицами, у порошка возникает свойство жидкости (он течет). Этот эффект называется псевдосжижением. В этих условиях частички хаотично перемешаются по объему порошкового тела и занимают положение, обеспечивающее более плотную упаковку. Однако между частицами действуют межмолекулярные силы взаимного притяжения, которые тем больше, чем меньше радиус частицы, в результате мелкая фракция порошка образует конгломераты и пространственные сетки. Это явление усуглебается при наличии влаги, которая дополнительно создает капиллярные силы притяжения и тем больше, чем больше удельная поверхность. Это явление называется сегрегацией порошка по крупности и приводит к структурной неоднорости и неравномерности свойств компактных изделий. Для предотвращения сегрегации порошка по крупности необходимо использовать не гармонические, а импульсные колебания.
Микроструктура компактного материала со структурной неоднородностью
Герметизация
Проводится для создания замкнутого объема внутри пресс-формы, исключающее проникновение рабочей жидкости в порошок в процессе формования. Осуществляется с помощью специальных элементов крепления.
Схема установки элемента герметизации пресс-формы
1 - пробка; 2 - уплотнение
Гидростатическое прессование
1 - ЭПФ с порошком; 2 - рабочий контейнер; 3 - упрочняющая обмотка (бандаж); 4 - рабочая жидкость рабочего давления; 5 - силовая рама; 6 - трубопровод высокого давления; 7 - трубопровод низкого давления; 8 - распределительная коробка; 9 - поршень-плунжер мультипликатора; 10 - клапан; 11 - насос низкого давления; 12 - емкость с жидкостью низкого давления; 13 - емкость с жидкостью высокого давления; 14 - мультипликатор.
Принцип действия
Пресс-форма 1 устанавливается у рабочего контейнера 2. Контейнер герметизируется, после чего включается насос 11, который подает жидкость низкого давления из емкости 12 в коробку распределения 8. Из коробки распределения жидкость поступает по трубопроводу низкого давления 7 в мультипликатор 14, куда подается попеременно в левую и правую полость порошка. Поршень совершает возвратно-поступательное движение в результате чего жидкость высокого давления из емкости 13 по трубопроводу 6 закачивается в рабочий контейнер 2, где создается давление под действием которого происходит уплотнение порошка.
Виды брака продукции
Причины:
б) оптимальная конструкция
2. ХИП -заготовка а) с искажением геометрической формы
б) правильная геометрическая форма
Механическая обработка
После формования производится разборка ЭПФ и извлечение изделия. Для получения точных размеров, например для последующего капсулирования перед другими видами обработки проводится механическая обработка со снятием стружки. ХИП-заготовки имеют достаточную пористость 20-30 5 и подвергаются дополнительной высокотемпературной обработки: спекание, горячее одноосное прессование, ГИП.
14.Горячее газостатическое прессование. Принципиальная схема газостата. Технологическая схема ГИП. Технологические параметры.
Это прессование совмещающее спекание и формование порошка, осуществляется в средах высокого давления (газ, жидкое стекло) при высоких температурах до 20000С и давлении до 2000 атмосфер. Преимущества: возможность получения безпористого материала с равномерными свойствами по объему изделия; возможность получения изделия сложной формы; возможность получения длинномерных тонкостенных изделий.
Принципиальная схема ГИП
1 - рабочий контейнер (водоохлаждаемый); 2 - капсула с порошком; 3 - нагреватель; 4 - рабочая среда (газ).
Технологическая схема
ХИП→Капсулирование, Изготовление капсул → Дегазация→ Герметизация→ ГИП→Расчехловка
В качестве исходных заготовок перед ГИП служат ХИП-заготовка, а если непосредственно порошки, то в этом случае насыпная плотность порошка должна быть достаточной, чтобы исключить образование складок на капсуле при формовании. Этим требованиям как правило отвечают сферические порошки.
Капсулирование
Изготовление капсул - одна из важнейших операций в технологии ГИП. Качество капсул в значительной степени определяет качество изделий.
Требования к капсулам:
Разновидности капсул
1 - стальная обичайка; 2 - крышки, полученные листовой штамповкой; 3 - сварные швы; 4 - стальная трубка для дегазации порошка.
Капсула по схеме (а) не является оптимальной, так как при всестороннем сжатии из-за жесткости углов происходит разрушение сварных швов. Капсула по схеме (б) не имеет жестких углов поэтому формование не сопровождается разгерметизацией. Объем капсулы определяется формулой:
Vk=m/ρ, где m - масса готового изделия, ρ - плотность утряски (после виброуплотнения.
Рисунок - Угол капсулы до формования (а) и после формования (б).
h*n=ΔH=έл*H, где Н - высота внутренней полости капсулы, h - количество выточек, ΔH - величина усадки порошка по высоте, έл - линейная усадка по высоте (эксперементально).
b*n'=ΔD= έл*D
Получение выплавляемых форм(1)→Обсыпка порошковым материало(2)→Сушка(3)→Выплавление моделей(4)→Обжиг(5)
1 - Заключается в изготовлении металлической формы с заданным сложным профилем и заливке легкоплавким материалом (на основе парафина)
2 - Заключается в том, что на парафиновую модель наносится послойно связующее (этилсиликат) и порошки различной природы (керамические, стеклянные, металлические). Варьируя количеством и дисперсностью порошков можно управлять физико-механическими свойствами получаемых капсул
1 - поверхность; 2 - первый слой порошка (например, керамического); 3 - второй слой порошка (например, стекло); 4 - третий слой порошка (например, металлического); 5 - связка.
Металлический порошок придает капсуле пластичность и облегчает снятие капсулы после прессования травлением или механическим разрыхлением в электромагнитном поле. Порошок стекла обеспечивает герметичность капсулы при t прессования, а также облегчает удаление капсулы после прессования в результате растрескивания формы после охлаждения из-за разницы ТКРЛ составляющих материал.
3 - Проводится при t 30-50 0С с целью удаления летучего связующего и придания оболочке первоначальной прочности
4 - Производится при t плавления парафина ( ≈100 0С)
5 - Производится при t 900-1000 0С для приданию материалу капсулы требуемых физико-механических свойств
Стальные капсулы изготавливаются из малоуглеродистой стали (содержание С менее 0,2 %, Ст20,10,08).
Дегазация
Перед ГИП необходимо провести операцию дегазация порошка, которая включает: удаление воздуха из капсулы; сорбированных на поверхности частиц газов; а также газообразных продуктов реакции влаги с примесями или материалом порошка при нагреве
MenC+H2O→MenO+CmHk(=mC+k/2H2)
1 – печь
2 – капсула с порошком
3 – вакуум провод
4 – датчик давления
5 – вакуумный вентиль
6 – вакуумный насос
Для эффективного удаления газов производится нагрев и создание разряжения. t дегазации определяется по анализу пробы порошка на газосодержание.
Т2 - t дегазации
t завершения процесса дегазации называется t дегазации, а время дегазации натурных капсул с порошком определяется экспериментально. С этой целью в процессе нагрева и вакуумирования периодически перекрывается вентиль 5, отсоединяющий капсулу с порошком от вакуум-насоса. Если показания вакуумметра после отключения не изменяются дегазация считается законченной, остаточное давление перед ГИП должно составлять величину 1*10-2 мм рт.ст.
Герметизация
После завершения дегазации закрывают вакуумный вентиль и отсоединяют капсулу с порошком от вакуумного насоса и передают на установку герметизации.
1 - вакуум-провод; 2 - электроды аппарата контактной сварки; 3 - ножи.
На установке герметизации производится пережатие трубки 1 электродами 2 усилием Р1 до полного смыкания внутренних поверхностей трубки. Возникающий электрический ток, проходящий через участок А производит локальный разогрев участка А, где происходит диффузионная сварка и герметизация вакуум-провода. Опускающиеся ножи 3 производят отрезку вакуум-провода с датчиком давления и вентилем.
Горячее изостатическое прессование
Капсулу после герметизации устанавливают в контейнер газостата. Газостат герметично закрывают. Далее включается вакуумная система и из контейнера удалятся воздух. После этого в контейнер закачивается Ar (Не) и с помощью насосов высокого давления и газовой станции создается заданное давление прессования. Одновременно производится нагрев капсулы с порошком.
Участок а-б - вывод газостата на t прессования (рабочую t); б-в - время прогрева порошка по объему; в-г - время вывода газостата на давление прессования (рабочее Р); г-д - время прессования на рабочем режиме; д-е - сброс давления; д-ж - время охлаждения.
Рабочие t и Р определяются экспериментально для получения заданной структуры и физико-механических свойств. Как правило t-й диапазон ГИП составляет от 700 до 1200 0С, а диапазон давлений - от 500 до 1500 атм (бар)
Жесткий режим
а-б - закачка газ и подъем Р до расчетного значения Р1; б-в - нагрев газостата до tр и подъем давления до значения Рр за счет теплового расширения в соответствии с зависимостью: Р1=Т1*Рр/Тр; в-г - прессование на рабочих режимах; г-д - сброс давления; г-е - охлаждение газостата.
Расчехловка
Отпрессованная на газостате заготовка извлекается из газостата и передается на расчехловку, которая проводится различными методами:
Газостаты
Это специализированное оборудование для проведения ГИП. Выпускаются по контрактам на давление до 2000 атм, температура - до 2000 0С. Максимальный диаметр существующих газостатов 1100 мм.
1 - силовая рама; 2 - рабочий контейнер; ВС - вакуумная система, предназначенная для удаления воздуха из рабочего контейнера после загрузки капсулы с порошком; СНГВД - система нагнетания газа высокого давления, состоит из компрессоров высокого давления, баллонов газового аккумулятора, газового холодильника, предназначенного для охлаждения выпускаемого из контейнера горячего газ; СН - система нагрева, включает нагреватели внутри контейнера (из Мо или W), токоподводы и источник питания; СО - система охлаждения, предназначена для водяного охлаждения контейнера в процессе прессования; СУ - система управления, предназначена для осуществления загрузочно-разгрузочных операций, работы всех выше перечисленных систем и контроля параметров процесса.