logo
Лекции по МРМ

2.1.18. Производство компактного металла методом порошковой металлургии

Метод порошковой металлургии состоит из следующих основных переделов:

1) прессование заготовок из порошков;

2) спекание заготовок;

3) механическая обработка спеченных заготовок с получением изделий (проволоки, ленты).

Прессование заготовок из вольфрамового порошка Прессование необходимо для того, чтобы получить заготовки определённой формы, обладающие некоторой прочностью.

Прессование порошка вольфрама в штабики проводят в стальных прессформах.

Давление, производимое на порошок при прессовании, распределяется неравномерно по объёму заготовки. Особенно это сказывается на заготовках большой высоты. Поэтому прессование штабиков осуществляют в направлении их наименьшей высоты.

Для устранения расслоения в порошок добавляют смазывающее вещество (глицерин в спирте, парафин в бензине). Эти вещества, выдавливаясь при прессовании на стенки прессформы и смазывая их, уменьшают трение частиц о стенки, что способствует равномерному прессованию. Давление на 1см2 штабика составляет 2,55,0 тонн. Штабики имеют плотность 1213 г/см3, что соответствует остаточной пористости 3040 %.

Сократить остаточную пористость прессованием не удаётся, т.к. вольфрамовые порошки на холоду не деформируют, и дальнейшее повышение давления может привести к расслоению штабика.

Спекание. Спекание вольфрамовых штабиков проводят в 2 стадии:

1 стадия – низкотемпературное спекание, цель которого повысить прочность штабика и его электропроводность.

2 стадия – высокотемпературное спекание, целью которого является получение компактного металла, обладающего структурой, наиболее благоприятной для механической обработки.

Низкотемпературное спекание проводят в муфельных или трубчатых печах при температуре 11501300 C в атмосфере водорода, с выдержкой штабиков в горячей зоне печи до 2 часов. Иногда низкотемпературное спекание осуществляют в две стадии: в начале при 850900 C с целью удаления летучих веществ (глицерин, спирт), а затем уже при 11501300 C. Во время спекания водород диффундирует в поры штабика, восстанавливает тонкие плёнки окислов, создаётся чисто металлический контакт между кристаллами штабика. Линейная усадка после спекания – 23 %. Муфель (или труба) электропечи выполнен из алунда (Al2O3), который не размягчается до температуры 1600 C, нагреватель – спираль из молибденовой проволоки. Спрессованные штабики укладывают в никелевые или стальные лодочки (противни), на дно которых насыпают тонкий слой вольфрамового порошка. В лодочку укладывают от 20 до 50 штабиков.

Высокотемпературное спекание («сварка») ведут при температуре 30003050 C непосредственным пропусканием тока через штабик в сварочном аппарате. Штабики закрепляют вертикально зажимными контактами, выполненными из медных головок. Головки водоохлаждаемы. Нижний контакт подвижен, т.к. в процессе сварки происходит линейная усадка штабика на 1517 % и стационарное закрепление повлечёт за собой разрыв штабика. В современных аппаратах сваривают по 68 штабиков, соединённых последовательно. При сварке ток увеличивают в течение 810 мин. и доводят до максимума (до 1000012000 А), затем выдерживают 1215 мин., после чего ток выключают, штабики охлаждают и через несколько минут вынимают. При высокотемпературном спекании плотность увеличивается до 17,518,5 г/см3, остаточная пористость 1015 %. Штабики выбраковывают  20 %.

Механическая обработка штабиков. После спекания вольфрамовые штабики хрупки и при комнатной температуре не могут быть прокованы. В нагретом состоянии штабики можно подвергать ковке, а затем волочению или прокатке. Процесс ковки ведут на ротационной ковочной машине при температуре 1350 C. Нагретый штабик получает до 10000 ударов в мин. ковочными плашками, которые находятся внутри вращающегося вала, внутри которого продвигается вольфрамовый штабик (пруток). Затем после ковки прутки в нагретом состоянии поступают на волочение. На крупных цепных и блочных волочильных станах, волочение ведут при температуре 550800 C. Вольфрамовая проволока волочится на крупных цепных и блочных волочильных станах с применением фильер из твердого сплава (от диаметра 2 до 0,5 мм), затем на машинах многократного среднего и тончайшего волочения (от 0,5 до 0,01 мм).