Свойства материалов для нагревательных элементов

Материал	Электросопротивление при 20^оС, Ом∙мм²/м	Т_пл, ^оС	Максим. рабочая температура, ^оС
Нихром Х15Н60	1,1
Сплав ЭИ325 (ОХ25Ю5)	1,4	1430 1570
Сплав ЭИ626 (ОХ27Ю5А)	1,42
Молибден	0,052
Тантал	0,15
Вольфрам	0,05	-
Силит	800 – 1900
Мо₂S	0,2 – 0,4	-
Графит	8 – 13		2400 – 2800

Для непрерывной транспортировки спекаемых формовок применяют конвейер из сетчатой ленты, роликовый (рольганговый) или шагающий под, а также толкатели различного типа. В конвейерной печи формовки укладывают в поддоны или прямо на конвейерную ленту из окалиностойкой проволоки и перемещают вдоль рабочего пространства печи навстречу защитному (восстанавливающему) газу. Обычная ширина ленты 300 – 600 мм, скорость движения 2 – 3 м/ч. Общая длина ленты 15 – 20 м при длине зоны спекания 6 – 10 м. Рабочая температура в печи, в зависимости от спекаемого материала и нагревательных элементов, 1000 – 1600^оС. Непрерывные рольганговые печи оборудованы роликами с индивидуальным приводом, по которым перемещаются короба с формовками. Производительность печей 100 и более кг/ч.

Печи с шагающим подом имеют рабочее пространство 320х240х1840 мм, рабочая температура 1200 – 1400^оС, расход электроэнергии 2,7 – 10,3 кВт∙ч/кг, производительность 14 – 70 кг/ч.

Толкательные муфельные печи наиболее просты по конструкции. Спекаемые формовки загружаются в поддоны из графита, которые механическим толкателем проталкиваются через рабочую зону печи. Защитный газ подается по принципу противотока навстречу формовкам. Рабочая температура муфельных печей до 1400^оС, производительность около 20 кг/ч.

Печи периодического действия

Периодически работающие печи бывают колокольного типа, муфельные и вакуумные. В колокольной печи (рис. 4.22) имеется два колпака: герметичный внутренний (колокол), в котором находится спекаемая формовка, и наружный нагревательный колпак с электрообогревом. Печь экономична, благодаря малому расходу электроэнергии (150 – 200 кВт∙ч/кг), однако имеет ограниченное применение из-за невысокой призводительности и низкой температуры нагрева. Муфельные печи получили более широкое применение. На рис. 4.23 показана схема муфельной печи с молибденовыми нагревателями для спекания крупных формовок. Формовки загружают в муфель из жаростойкой стали, муфель уплотняют крышкой и продувают защитным газом или водородом, затем нагревают и охлаждают по заданной программе.

За рубежом широко применяются для спекания камерные вакуумные печи, в том числе вакуум-компрессионные, позволяющие после спекания в вакууме провести газовое изостатическое прессование без охлаждения спеченной заготовки. Применяют также микроволновые печи (рис. 4.24), например, при производстве твердых сплавов системы WC – Co.

Контрольные вопросы:

1. Классификация печей для спекания.

2. Как устроены печи непрерывного действия?

3. Как устроена колокольная печь?

4. В каких направлениях совершенствуются печи для спекания за рубежом?

4.3.3. Брак при спекании и его предупреждение

При спекании выявляется брак, причиной которого могут быть не только изъяны процесса спекания, но и дефекты, возникшие на предыдущих технологических операциях. Ниже рассматриваются часто встречающиеся виды брака.

Скрытый расслой – трещины в местах нарушения сплошности, возникших при прессовании. Брак неисправим.

Коробление и искажение формы – обычно наблюдается в плоских изделиях, у которых толщина мала по сравнению с длиной. Типичный вид брака у спеченных изделий из дисперсных порошков с большой усадкой. Появлению этого вида брака способствует плохое смешивание компонентов шихты, неоднородная плотность формовки и слишком быстрый ее нагрев при спекании. Этот вид брака иногда (не всегда) можно устранить холодной или горячей рихтовкой изделия. С целью предупреждения брака рекомендуется: тщательно смешивать компоненты шихты, устранять причины неоднородной плотности, применять спекание под давлением и медленный нагрев формовок при спекании.

Пережог – проявляется в виде дефектов структуры порошкового изделия (грубая структура, повышение пористости, растрескивание). Брак неисправим. Предупреждение брака – более тщательный контроль температуры спекания.

Недопекание – низкая плотность и прочность в результате заниженной температуры спекания и (или) недостаточной длительности спекания. Брак можно исправить повторным спеканием.

Окисление – окалина, коррозия, цветы побежалости на поверхности спеченного изделия. Причиной брака является нарушение состава защитной атмосферы. Если оксиды легко восстанавливаются, брак можно исправить повторным спеканием в восстановительной атмосфере. При трудновосстановимых оксидах брак неисправим.

Корочка – дефект поверхностного слоя, который по структуре отличается от основного металла и не отвечает заданным требованиям. Обычно такой вид брака связан с разложением органических связок, вводимых в порошок. Брак неисправим. Для его предупреждения рекомендуется медленный и равномерный нагрев формовки с применением защитной газовой атмосферы и эффективных засыпок.

Выпотевание – выделение жидкой фазы на поверхности спеченного изделия. Такой брак характерен для жидкофазного спекания и вызван плохой смачивостью расплавом тугоплавкого компонента. Брак неисправим. Для его предупреждения необходимо откорректировать химический состав спекаемого материала.

Диффузионная пористость – возникает при спекании формовок из компонентов с резко отличающимися коэффициентами диффузии. Для предупреждения брака требуется корректировка состава спекаемого материала.

Обезуглероживание – снижение содержания углерода в поверхностном слое изделия. Возникает из-за окислительной атмосферы в печи. Для предупреждения брака надо обеспечить эффективную защитную атмосферу, закрывать поддоны (лодочки) со спекаемыми изделиями металлическими или графитовыми крышками, применять защитные засыпки. Слабо обезуглероженные изделия можно исправить повторным спеканием в углеродосодержащей засыпке.

Сажистый налет – темный налет на поверхности изделий в результате разложения оксида углерода, метана или других углеводородов. Такой брак возможен при наличии на поверхности формовок перед спеканием тяжелых масел. Предупреждение брака – тщательный технологический контроль за введением добавок в порошок.

Разъедание и шероховатость поверхности – нарушение целостности поверхностного слоя из-за разложения или восстановления каких-либо химических соединений, которые были на поверхности формовки или образовались при нагреве в печи. Предупреждение брака – тщательный технологический контроль.

Брак при спекании, особенно неисправимый брак, значительно ухудшает экономику производства порошковых изделий. При появлении брака необходимо принять немедленные меры по выявлению причин его возникновения и их устранению, обеспечив тщательный контроль качества на всех технологических операциях.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите виды брака при спекании.

2. Причины появления брака «скрытый расслой» и мерах по его предупреждению.

3. Окисление и обезуглероживание порошковых формовок. Как исправить эти виды брака?

4. Предложите меры по устранению таких видов брака как искажение формы и коробление спеченных формовок.

Глава 5. Способы производства

беспористых порошковых изделий

5.1. Общие положения

Наиболее характерной отличительной чертой порошковых изделий является наличие в них остаточной пористости. Остаточная пористость может быть весьма значительной (до 25 % и более). Поры играют полезную роль в таких порошковых изделиях, как фильтры, самосмазывающиеся подшипники, демпфирующие прокладки и др. Полагают, что пористость можно рассматривать как полезное качество у малонагруженных конструкционных деталей, поскольку пропорционально объему пор снижается масса деталей. В то же время поры, содержащиеся в структуре порошкового материала, снижают его механические свойства, что значительно ограничивает возможность применения пористых порошковых материалов. Зависимость механических свойств порошкового материала от пористости можно представить в виде:

(5.1)

где - некоторое механическое свойство пористого материала; - то же свойство беспористого материала; П – доля пор в материале; В - коэффициент, определяемый условиями получения и испытания материала.

В качестве конкретного примера влияния пористости на механические свойства порошковых конструкционных сталей в табл. 5.1 приводятся справочные данные для двух порошковых марок сталей. Сталь СП10 содержит около 0,2 % углерода. Сталь СП60ХН3М содержит в % по массе: углерода 0,55 – 0,65; хрома 0,8 – 1,1; никеля 2,5 – 3,5; молибдена 0,3 – 0,6.

Таблица 5.1