» » Горячее прессование и спекание под давлением
02.06.2015

Операции горячего прессования и спекания под давлением совмещают воедино операции горячего прессования (формирования) и спекания. Собственно говоря, уже спекание в формах неспрессованных порошков, обычно слегка уплотненных предварительной утряской, совмещает воедино операции формирования под «собственным» капиллярным давлением и термической обработки. Однако это давление сравнительно невелико. Оно составляет, по данным различных авторов, для сравнительно тонких порошков 30—100 г/мм2 номинального сечения порошковых материалов. Так как величина этого давления обратно пропорциональна диаметру частиц, то для грубых порошков его-величиной можно практически пренебречь. Плотность и размер межчастичной контактной поверхности изделий из таких порошков практически почти полностью определяются степенью уплотнения при предварительном прессовании. Поэтому спекание неспрессованных порошков без приложения внешнего давления на практике применяется для сравнительно тонких материалов или для получения фильтров с высокой пористостью (40—60%) из более грубых порошков. Таким путем, например, удается получать из неспрессованных порошков бериллия изделия с плотностью после спекания более 90%.
При обычном спекании деформация порошкового конгломерата, как уже было сказано ранее, складывается из двух процессов — быстрой пластической деформации и медленного течения. В соответствии с относительной ролью этих двух процессов можно различать собственно горячее прессование, когда ролью медленного течения можно пренебречь и когда процесс можно описать как быструю пластическую деформацию под действием больших давлений с большой скоростью прессования (весь процесс заканчивается в несколько минут) и спеканием под давлением (изделия спекаются под сравнительно малым давлением в течение довольно длительного времени — около часа и больше, когда довольно значительную роль играет медленное течение — крип). Следует, однако, иметь в виду, что любое повышение давления всегда увеличивает относительную роль в сумме двух процессов быстрой пластической деформации.
Горячее прессование и спекание под давлением

Спекание под давлением позволяет: а) при получении изделий с теми же значениями плотности и механических свойств значительно сократить длительность спекания или же снизить его температуру; б) при сохранении таких же режимов спекания по времени и температуре существенно поднять плотность и механические свойства изделий по сравнению со спеканием без давления; в) применять значительно более грубые порошки, чем при спекании без давления.
Сравнительно небольшие давления, практикуемые при таком спекании, позволяют применять относительно дешевые недефицитные материалы для форм, например графит, который может выдерживать давление до 2—3 кг/мм2, керамические материалы, жаропрочные стали и т. п. Перед спеканием под давлением порошок, засыпанный в формы, обычно уплотняют утряской.
Спекание под давлением ввиду его сравнительно большой длительности необходимо проводить в защитной среде (восстановительная атмосфера, вакуум, защитные засыпки, введение в шихту защитных, смазок и т. п.).
В широком промышленном масштабе применяют спекание под давлением спрессованных фрикционных дисков. Например, спекание фрикционных материалов на медной основе, сопровождаемое их припеканием к стальным дискам, производят в защитной атмосфере при 700—860° в течение от 30 мин. до нескольких часов под давлением 100—400 г/мм2.
Горячее прессование в отличие от спекания под давлением требует приложения высоких давлений, превышающих (обычно в несколько раз) значения кратковременной твердости (при температуре уплотнения) прессуемого материала в компактном виде, как это видно из табл. 9 на примере прессования порошка железа. При 1100°, что соответствует обычно принятой температуре спекания железа, для достижения относительной плотности от 90% и выше требовались давления 3—11 кг/мм2.
Горячее прессование и спекание под давлением

Применение значительных давлений при горячем прессовании предъявляет высокие требования к материалам пресс-форм. Поэтому горячее прессование в промышленной практике порошковой металлургии применяется в небольших масштабах для получения сравнительно дорогих изделий из твердых сплавов (например, на основе из карбидов вольфрама и титана с никелем). Горячее прессование производят в этих случаях в графитовых пресс-формах при температуре, несколько превышающей температуру образования жидкой фазы, благодаря чему значительно снижается необходимое давление. Нагрев осуществляется обычно пропусканием тока через прессовку, возможен также и высокочастотный нагрев. В связи с кратковременностью процесса и образованием окиси углерода при частичном выгорании графита пресс-формы возможно горячее прессование без применения специальных защитных атмосфер. Длительность обжатия под давлением при горячем прессовании 1—10 мин. Длительность же полного цикла с засыпкой, холодной подпрессовкой и охлаждением после горячего обжатия соответственно больше. Обычно графитовая пресс-форма может выдержать только одну операцию горячего прессования.