» » Подготовка порошков быстрозакаленных сплавов к компактированию
15.01.2016

Конструкционная прочность материалов с высоким пределом текучести, как известно, определяется возможностью хрупкого разрушения при напряжениях ниже предела текучести (σS, σ0,2). Развитию хрупкого разрушения способствуют дефекты — концентраторы напряжений, понижение температуры, увеличение размеров детали. Параметрами конструкционной прочности, определяющими надежность материала, являются вязкость разрушения К1C, работа развития трещины КСТ, температурный порог хладноломкости Тхл. В условиях знакопеременного нагружения вследствие накопления повреждений (дефектов) проявляется усталость материала, так что разрушение происходит при напряжении, соответствующем пределу выносливости (σR — характеристика долговечности материала) в условиях σR<σS.
Высоколегированные сплавы, получаемые путем компактирования быстрозакаленных микрослитков — порошков, характеризуются сравнительно высокой чувствительностью к наличию дефектов структуры, которые могут быть центрами зарождения усталостных трещин.
Выделяют три группы дефектов, встречающиеся в порошковых быстрозакаленных сплавах: инородные включения — керамические или металлические, пористость и особо мелкие (пылевые) фракции с повышенным содержанием кислорода.
Образование этих дефектов связано с процессами плавления, распыления, операциями транспортировки и перегрузки порошков.
Керамические частицы оксидов Аl2О3, Сr2O3, SiO2 попадают в порошки быстрозакаленных никелевых жаропрочных сплавов от футеровки плавильных тиглей при газовом распылении аргоном. Инородные частицы вольфрама встречаются в порошках, полученных методом центробежного распыления электрода, оплавляемого электрической дугой, в результате эрозии нерасходуемого вольфрамового электрода. Операции транспортировки и перегрузки порошков сопровождаются соприкосновением с различными поверхностями, что приводит к дополнительному загрязнению.
Аргонная пористость наблюдается преимущественно в порошках, полученных газовым распылением, в частицах — гранулах крупных фракций (диаметром больше 100 мкм), при меньших размерах гранулы абсолютно плотные. Вакуумное распыление имеет аналогичную зависимость пористости от диаметра гранул. При центробежном распылении формируется плотная структура гранул независимо от диаметра
Следует отметить, что концентрация указанных дефектов порошков быстрозакаленных сплавов весьма низкая: 1 частица примеси (дефект) на 10в7 частиц сплава (1 включение на 10 см3 компактированного металла), поэтому они не могут быть определены химическим анализом и существует проблема их обнаружения. Применяют следующие способы выявления дефектов: повышение концентрации включений путем отмучивания порошка в струе кислотной жидкости, повышение концентрации неметаллических частиц при расплавлении образца, Газовую пористость определяют по количеству захваченного аргона, измеряя давление аргона при расплавлении образца или при нагреве до 1200 °С (никелевых сплавов) в течение 4 ч, по уменьшению плотности компакта.
С целью устранения дефектов (аномалий) в структуре исходных гранул и компактированных полуфабрикатов выбирают оптимальные методы распыления, последующей обработки исходных порошков и режим ком актирования. Однако в ряде случаев, когда указанных мер недостаточно, дополнительно применяют методы термомеханической обработки компактированного полуфабриката, обеспечивающие "переработку" структуры с формированием либо более высокодисперсной структуры, либо крупнозернистой, либо комбинированной (двойной — типа «ожерелье» или анизотропной, направленной, с пилообразной формой границ).
Указанные методы способствуют также повышению качества полуфабрикатов и изделий, получаемых методами традиционной технологии.
При подготовке порошков быстрозакаленных сплавов к компилированию применяют следующие методы устранения дефектов:
— удаление особо мелкой, пылевидной фракции с повышенным содержанием кислорода газовым сепаратором (рис. 8.1), в котором навстречу движущемуся под действием собственного веса порошку подается инертный газ, в результате чего пылевидная фракция выносится газовым потоком и улавливается в циклоне;
Подготовка порошков  быстрозакаленных сплавов к компактированию

— электростатическая сепарация (рис. 8.2), обеспечивающая отделение неметаллических частиц при обдуве ионизированным газом металлического барабана, на который подается порошок, о результате избирательного притяжения неметаллических частиц к барабану;
— разделение частиц по их баллистическим свойствам в зависимости от размера и массы (более легкие керамические и полые частицы отсеиваются в один сборник с частицами наиболее тонкой фракции порошка), осуществляемое в результате воздействия ламинарной струи аргона перпендикулярно направлению падения частиц порошка.
Подготовка порошков  быстрозакаленных сплавов к компактированию

Производительность системы электродинамической обработки порошка фирмы Кеlsеу-Науеs при непрерывном режиме работы составляет 45 кг/ч. Практика показывает, что за один цикл обработки уровень загрязнения порошка жаропрочного сплава фракции снижается на 70—90 %.
Классификация порошков. Под классификацией (фракционированием) понимают разделение порошков по величине частиц ка фракции, используемые затем либо непосредственно для формования, либо для составления смеси необходимого химического или фракционного состава. Эта операция проводится с целью обеспечения высокой однородности структуры компакта.
В практике порошковой металлургии обычно применяют ситовую классификацию порошков, которая производится путем просеивания порошка через набор сит, соответствующих разделяемым фракциям. В некоторых случаях применяют вибросита, которые используют совместно с электромагнитными сепараторами, обеспечивающими очистку просеиваемого порошка от магнитных примесей, Блок разделения частиц по размерам содержит сита просеивания порошка, поступающего из электростатического струйного классификатора, Остающиеся на сите крупные частицы и годная фракция подаются при помощи вибрации соответственно в сборник отходов и контейнер для транспортировки порошка.
Классификацию порошков с размером частиц менее 40—50 мкм проводят с применением воздушных сепараторов, обеспечивающих осаждение твердых частиц под действием тяжести из несущего газового потока. Циклоны-сепараторы являются эффективными аппаратами довольно простой конструкции и достаточно высокой производительности. Газовый поток, содержащий твердые частицы в корпусе циклона, приобретает вращательное движение по касательной к окружности. На частицы порошка действуют сила тяжести, центробежная сила, выталкивающая частицы в радиальном направлении, и сила давления потока, перемещающая частицы порошка по окружности. Частицы порошка перемещаются по спирали и, достигнув стенки корпуса, смещаются к выпускному отверстию. Мелкие частицы газом выносятся из циклона и могут быть выделены в следующем циклоне. Работу воздушных сепараторов регулируют изменением скорости газового потока.
Дегазация порошков осуществляется методами статической и динамической горячей дегазации.
Горячая статическая дегазация является составной частью операции капсулирования порошка перед горячим изостатическим прессованием и заключается в нагреве при разрежении 0,1 МПа. При использовании больших масс порошка для увеличения скорости диффузионного удаления молекул газа порошок пересыпают по наклонной плоскости при загрузке в капсулу.
Электродинамическая дегазация применяется для повышения эффективности удаления десорбированного газа—аргона путем ионизации и ускорения в электрическом поле между ионизатором и сеткой. Порошок подается на поверхность ионизатора газа, при этом захваченный порошком аргон приобретает положительный заряд и ускоряется электрическим полем высокого напряжения по направлению к заземленной сетке, где разряжается и, продолжая двигаться, попадает в вакуумный насос.
Процессы подготовки порошков к формованию занимают весьма важное место в обшей схеме производства из них материалов и изделий.
Специальные операции подготовки для придания порошку определенных химических, физических и технологических характеристик обеспечивают выпуск продукции с нужными свойствами. Основными операциями являются отжиг, рассев и смешивание.
Отжиг. Эта традиционная операция термической обработки порошков способствует повышению их пластичности и, следовательно, улучшению уплотняемости, прессуемости и формуемости. При отжиге порошков устраняются наклеп, искажения кристаллической решетки металла в приповерхностных слоях частиц, происходит восстановление оксидов, оставшихся при получении порошка. Нагрев осуществляют в защитной среде (восстановительная, инертная или вакуум) при температуре 0,4—0,6 Тпл металла порошка. Обычно отжигу подвергают порошки, полученные механическим измельчением твердых материалов. Такие порошки содержат растворенные газы, выделения оксидов и характеризуются повышенным наклепом.
Приготовление смесей. Смешивание металлических порошков заключается в приготовлении однородной механической смеси порошков различного химического или гранулометрического состава.