Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Для получения беспористой заготовки с максимальной степенью сохранения эффекта высокоскоростного затвердевания, достигаемого при получении быстрозакаленных порошков высоколегированных сплавов, целесообразно осуществлять динамическое компактирование при возможно более низких температурах и минимальном времени температурно-силового воздействия.
При динамическом (взрывном) компактировании порошковых материалов эти условия реализуются в процессе прохождения ударной волны за счет детонации взрывчатого вещества в непосредственном контакте с капсулой, заполненной порошком, или в результате удара поршня, движущегося с высокой скоростью.
Метод компактирования взрывом позволяет получать массивные заготовки с аморфной структурой из аморфных порошков чешуйчатой формы сплавов на основе железа и кобальта, а также сферических аморфных порошков сплавов на основе никеля.
Импульсные процессы компактирования быстрозакаленных порошков рассматриваются как весьма перспективные. Технологический подход к применению взрыва при компактировании связан с тем, что импульс давления продуктов взрыва может успешно заменить силовую часть прессового оборудования и воздействовать на практически неограниченную площадь заготовки. При этом прочность компактированных заготовок повышается на 25—30 %, ударная вязкость — на 18—25 % по сравнению с брикетами той же плотности, спрессованными на гидростатах.
Высокие скорости прессования металлических порошков способствуют образованию большого числа чисто металлических связей между частицами за счет интенсивного разрушения оксидных пленок и благодаря схватыванию при локализации пластической деформации на контактах. Это вызывает заметное повышение микротвердости, микронапряжений, плотности дислокаций, что позволяет активизировать процесс последующего спекания и в ряде случаев снизить температуру спекания на 150—200 °С.
Механизм компактирования быстрозакаленных порошков жаропрочных сплавов при импульсном нагружении со скоростями 1000—2000 м/с заключается в адиабатическом разогреве межчастичных контактов вплоть до оплавления, последующего уплотнения и высокоскоростного затвердевания зон локального оплавления (рис. 8.9). Высокие скорости охлаждения оплавленных областей при компактнровании взрывом обусловлены малым временем прохождения ударной волны и незначительным повышением температуры в объеме гранул. Скорости охлаждения (до 10в10 К/с) позволяют получить аморфные слои или сохранить аморфное состояние при компактировании быстрозакаленных сплавов. Объемная доля оплавленных областей возрастает с уменьшением размеров частиц порошка. Метод обеспечивает достижение 99,7—100 % плотности компакта.
Исследование жаропрочного сплава АРК-1 после динамического компактирования показало, что внутри зон локального плавления присутствуют области с более дисперсной микрокристаллической структурой, тогда как области, не испытавшие плавления, характеризуются высокой плотностью дислокаций. Эти различия микроструктуры сказываются на характере изменения микротвердости по зерну. Микротвердость сплава МАЯ-М200 изменяется от НУ 357 (твердость исходного порошка) до НV 700 (после компактирования ударной волной).
Повышение скорости детонации до 7000 м/с, например при компактировании медного порошка, приводит к гидродинамическому эффекту струйного заполнения металлом лор между частицами (см. рис. 8.9).
Таким образом, отсутствие термодинамического равновесия в процессе пластической деформации и интенсивное тепловыделение на контактах между частицами являются характерными особенностями взрывного прессования и оказывают существенное влияние на структуру и свойства прессовок.
Гидродинамическое прессование порошков твердых (керамических) материалов обеспечивает их более плотную структурную упаковку за счет дробления крупных частиц.
При высоких скоростях нагружения сопротивление частиц порошка пластическому деформированию обычно повышается, поэтому для достижения такой же плотности при гидродинамическом прессовании требуется несколько большее давление, чем при гидростатическом прессовании.
Особым видом горячего прессования является электроимпульсное прессование, которое осуществляется при совместном воздействии на прессовку внешней нагрузки (~ 200 МПа) и мощного импульса тока (~ 300 кА, т=10+100 мкс). Через порошок в пресс-форме с помощью электродов-пуансонов, к которым приложено давление, пропускают мощный электрический разряд. В зависимости от контактного электросопротивления, массы прилегающего к контакту вещества, его теплоемкости и теплопроводности, а также силы тока, проходящего через данный контакт, происходит нагрев порошка в твердом состоянии или с частичным оплавлением. Массоперенос в порошковом теле при прохождении через него импульсного электротока резко возрастает. При этом наряду с характерными для обычного горячего прессования механизмами проявляются эффекты, порождаемые электромагнитным воздействием мощного импульса тока: воздействие импульса магнитного давления 20 МПа и одновременное высокоскоростное локальное оплавление межчастичных контактов.