Спекание и окончательная обработка заготовок

Спекание проводят для повышения прочности предвари­тельно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрес­сованных заготовках доля контакт, между отдельными частицами очень мала и спекание сопровождается ростом контактов между отдельными частицами порошка. Это является следствием протека­ния в спекаемом теле при нагреве следующих процессов: восстанов­ления поверхностных оксидов, диффузии, рекристаллизации и др. Протекание этих процессов зависит от температуры и времени спе­кания, среды, в которой осуществляется спекание и других факторов. При спекании изменяются линейные размеры заготовки (большей частью наблюдается усадка — уменьшение размеров) и физико-механические свойства спеченных материалов. Температура спека­ния обычно составляет 0,6 – 0,9 температуры плавления порошка однокомпонентной системы или ниже температуры плавления основ­ного материала для композиций, в состав которых входят несколько компонентов. Время выдержки после достижения температуры спе­кания по всему сечению составляет 30 – 90 мин. Увеличение времени и температуры спекания до определенных значений способствует увеличению прочности и плотности в результате активизации про­цесса образования контактных поверхностей. Превышение указанных технологических параметров может привести к снижению прочности в результате роста зерен кристаллизации.

Проведение спекания в условиях, когда входящий в композицию легкоплавкий компонент образует при спекании жидкую фазу, активизирует усадку и обеспечивает получение заготовок с малой или даже нулевой пористостью, с высокими физико-механическими свойствами. С этой же целью, например, применяют пропитку туго­плавких материалов серебром или медью при производстве электро­контактных деталей.

К атмосфере спекания предъявляются требования – безокислительные условия нагрева заготовок. В большинстве случаев спека­ние проводят в восстановительной атмосфере, способствующей уда­лению оксидов, или в вакууме. Для спекания используют электро­печи сопротивления или печи с индукционным нагревом.

После спекания заготовки в ряде случаев подвергают дополни­тельной обработке в целях повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декора­тивных покрытий и защиты поверхности детали от коррозии.

Для повышения физико-механических свойств спеченных заго­товок применяют следующие виды обработки: повторное прессование и спекание, пропитку смазочными материалами (антифрикционных деталей), термическую или химико-термическую обработку.

Повторное прессование и спекание позволяет получать детали с более высокой плотностью. Промежуточные отжиги, снимая наклеп в зернах заготовки, способствуют дальнейшему их уплотнению при относительно небольшом давлении. Процесс повторного прессования осуществляют в тех же пресс-формах или в пресс-формах с повышен­ной точностью изготовления формообразующих деталей. В производ­ственных условиях, как правило, ограничиваются двукратным прессованием и спеканием.

Спеченные материалы можно подвергать ковке, прокатке, штам­повке при повышенных температурах. Обработка давлением позво­ляет снизить пористость материалов и повысить их пластичность. Например, у спеченных заготовок вольфрама с исходной пористостью 38 – 40 % после ковки пористость снижается до 2 – 5 %, и металл приобретает пластичность, необходимую для протяжки через фильеры или прокатки. Перед прокаткой для снятия напряжений заготовки из вольфрама подвергают промежуточному отжигу при температурах выше 1200 °С. После протяжки вольфрама в проволоку диаметром 0,05 мм пористость его снижается до 1%.

Пропитку заготовок обычно выполняют погружением их в мас­ляную ванну с температурой 70 – 140 °С. Длительность пропитки колеблется от 15 мин до 2 ч. Степень заполнения пор при этом составляет 90 – 95 %. Более высокое заполнение пор маслом дости­гается при применении вакуумной пропитки.

Основными видами термической обработки являются отжиг и закалка. Опера­цию отжига используют для повышения технологических свойств при производстве деталей из тугоплавких металлов. Отжиг снижает прочностные характеристики и в несколько раз повышает пластичность материала, что облегчает дальнейшую обработку давлением (ковка, протяжка, прокатка и т. д.). Наличие пор в материалах делает их чувствительными к окислению при нагреве и к коррозии при попадании закалочной жидкости в поры при закалке. В качестве охлаждающих сред необхо­димо выбирать жидкости, не представляющие опасности с точки зрения коррозии в процессе хранения и эксплуатации закаленных деталей. В некоторых случаях детали из железного порошка подвергают науглероживанию методами химико-термической обработки — нагреву в ящиках с карбюризатором или в газовой на­углероживающей атмосфере. Процесс насыщения углеродом протекает значительно быстрее вследствие проникания газов внутрь пористого тела.

Для повышения износостойкости деталей применяют операцию сульфидирова-ния; для придания спеченным заготовкам необходимых размеров и формы кали­бровку, протягивание, штамповку и обработку резанием.

Калибровка позволяет получать детали высокой точности. Эту сперадию про­водят в специальных пресс-формах или приспособлениях. Перед калибровкой заго­товки должны иметь размеры на 0,5—1 % больше (меньше для внутренних поверх­ностей) окончательных. Большая степень деформации при калибровке может зна­чительно повысить прочность и снизить пластичность деталей. Поэтому после ка­либровки применяют дополнительное спекание или отжиг.

Рис. 100. Схема калибровки подшипников скольжения

Рассмотрим схему последовательных операций калибровки подшипников сколь­жения на автоматическом прессе (рис. 100). Специальный захват устанавливает подшипник 3 над отверстием калибрующей матрицы 4 (положение I), Затем напра­вляющая часть центрального стержня 2 входит во внутреннюю часть подшипника (положение II) и верхний пуансон 1 вдавливает подшипник в матрицу 4 (положе­ние III). После этого центральный стержень продвигается вниз и его калибрующая часть проходит через подшипник (положение IV). Этим осуществляется калибровка внутреннего и наружного диаметров. Для обеспечения калибровки по высоте ниж­ний 5 и верхний 1 пуансоны продолжают движение навстречу друг другу до задан­ного предела (положение V). Затем нижний пуансон отводится вниз, а центральный стержень вверх, и верхний пуансон 1 при дальнейшем своем ходе проталкивает под­шипник из матрицы вниз (положение VI), после этого цикл повторяется. Такое по­следовательное расчленение деформаций на ряд операций позволяет снизить усилие калибровки в 2 – 3 раза, в сравнении с калибровкой, при которой деформация про­изводится почти одновременно. Предварительная пропитка заготовок маслом зна­чительно облегчает процесс.