Методы пластической деформации порошковых и пористых материалов

Холодную формовку поковок (деталей) осуществляют непосредственно из порошков. В процессе холодной формовки из порошка оформляется поковка, которую затем нагревают до высоких температур (0,7…0,9 абсолютной температуры плавления основы). В результате происходит спекание.

При горячей формовке заготовками являются предварительно спрессованные прутки и поковки, обладающие определенной пористостью.

Пластическая деформация порошков в процессе формовки деталей происходит в результате относительного перемещения отдельных частиц, внутризеренной и межзеренной деформации. Поковки (детали) при наличии пористости (неполном контакте между частицами порошка) имеют физические свойства, механические характеристики, упругие константы и эксплуатационные качества значительно ниже по сравнению с компактными материалами. Поэтому в процессе формовки для достижения наивысших механических и эксплуатационных характеристик необходимо обеспечить изготовление поковок (деталей) с плотностью, равной плотности компактного материала.

При спекании не всегда происходит уплотнение материала, в некоторых случаях, наоборот, происходит разуплотнение. Для обеспечения более высокой точности формуемых поковок наиболее желательным является неизменность объема в процессе спекания.

При горячей формовке поковок из пористых материалов одновременно происходят процессы пластического деформирования и диффузионные. Преобладающими будут диффузионные, в результате которых происходит рекристаллизация и сращивание частиц. Это означает, что сращивание частиц порошка будет происходить в процессе формовки, благодаря чему происходит повышение ресурса пластичности и снижение деформирующей силы, необходимой для пластического деформирования. Сращивание происходит в результате установления контактных поверхностей между частицами и силового взаимодействия между атомами или группами атомов, принадлежащими разным частицам.

Силовое взаимодействие наиболее эффективно происходит при температурах выше температуры рекристаллизации. Наличие окисных плен на поверхностях частиц порошка затрудняет перенос вещества путем диффузии атомов и соответственно процесс сращивания частиц или закрытия пор. Для разрушения окисных плен на поверхностях частиц в процессе штамповки создают такое деформирование, в процессе которого преобладающими являются сдвиговые деформации на таких поверхностях, через которые проходит весь объем металла деформируемой заготовки.

Такие условия обеспечиваются при штамповке выдавливанием со сдвиговыми деформациями (образование отростков, расположенных под углом, отличным от прямого по отношению к первоначальной оси заготовки), при штамповке со скручиванием, с активным действием сил трения и др. При наличии сдвиговых деформаций происходит разрушение окисных плен, повышение энергетического уровня на поверхностях частиц и более интенсивное уплотнение. Эти обстоятельства способствуют активному сращиванию. Прочность поверхностей сращивания существенно зависит от температуры, при которой происходит горячая формовка, скорости и степени деформаций (в первую очередь сдвиговых деформаций).

Если в процессе формовки предусмотрена выдержка под давлением, то на первом этапе деформирования происходит пластическая деформация, а на последующем (выдержка под давлением), значительная роль принадлежит кратковременной ползучести. В этом случае при быстром протекании первого этапа можно допускать появление трещин, поскольку на втором они залечиваются.

При горячей формовке в условиях вакуума или в восстановительной среде окисная пленка может разрушаться не только в результате пластической деформации, но и в результате действия восстановительной среды.

Сращивание частиц порошка при спекании в значительной степени зависит от способа его получения, термической обработки, формы и размеров частиц, наличия легированных элементов, а также введения в порошок пластификаторов.

С одной стороны, наличие пор уменьшает контактное сечение, а с другой, - поры являются концентратами напряжений. Это означает, что чем выше пористость, тем ниже механические характеристики, пределы прочности, выносливости, относительное сужение при разрыве, ударная вязкость и др.

Повышение прочностных характеристик можно ожидать, если форма пор будет сферической, а распределение - равномерное по сечению, в котором действуют рабочие напряжения. В тех случаях, если пористость менее 2%, механические характеристики деталей, изготовленных из порошков, выше, чем изготовленных из компактных материалов. Наиболее высокие механические характеристики могут быть обеспечены после горячей формовки при нагреве в восстановительной атмосфере водорода.

Коррозионная стойкость деталей, изготовленных из порошков при наличии пористости, также ниже, чем из компактных материалов, так как поверхность контакта с коррозионной средой значительно выше.

Однако при пористости менее 3% существенного влияния на изменение коррозионной стойкости не замечено. По-видимому, в этом случае поры становятся закрытыми, и эффекта увеличения поверхности контакта с коррозионной средой нет.

При горячей формовке может быть достигнута точность размеров деталей, соответствующая 7-му квалитету, а параметр шероховатости - до Rа = 40мкм.

Лекция №5. Сварка

Физические основы сварки

Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физикохимических и атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых тел.

Элементарные связи удерживают каждый атом внутри кристалла симметрично направленными силами. На свободной поверхности тела атом неуравновешен вследствие отсутствия или ослабления связей с внешней стороны. Это явление увеличивает потенциальную энергию ε_п поверхностного слоя. При соединении тел требуется извне механическая или тепловая энергия ε_г для преодоления энергетического барьера.

Внешняя механическая энергия деформации будет затрачена на преодоление сил отталкивания, возникающих между поверхностными атомами сближаемых тел. Когда расстояния между ними будут близки к межатомным, в решетке кристаллов возникают квантовые процессы взаимодействия электронных оболочек атомов. После этого общая энергия системы начнет снижаться до уровня, соответствующего энергии атомов в решетке целого кристалла, т. е. будет получено монолитное соединение.

Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает флуктуационную вероятность развития процессов электронного взаимодействия и облегчает процесс соединения.

Практическое получение монолитных соединений осложнено двумя факторами:

1. Свариваемые поверхности имеют микронеровности, поэтому при совмещении поверхностей контактирование возможно лишь в отдельных точках;

2. Свариваемые поверхности имеют загрязнения, так как на любой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внешней среды.

Для качественного соединения изделий необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и активацию их.

Активация поверхностей состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая для обрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи, для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, т. е. для перевода их в активное состояние. Такая энергия активации может в общем случае быть сообщена в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (механическая активация), электронного облучения и других видов воздействия.

Исходя из сказанного, можно дать следующее термодинамическое определение процесса сварки.

Сварка - это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превращения тепловой и механической энергии и вещества в стыке.

Склеивание, цементирование и другие соединительные процессы, обеспечивающие монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источников энергии. Они реализуются обычно только за счет введения (преобразования) вещества (клея, цемента и т. д.).

Кроме самого общего, термодинамического, возможны и другие определения сварки. Например, в технологическом аспекте, согласно ГОСТ 2601-84, сварка - это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: