Спекание и окончательная обработка заготовок.

Спекание проводят для повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрессованных заготовках доля контакта 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 других. 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 для однокомпонентной системы, или ниже температуры плавления материала матрицы 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 предъявляют требования безокислительного 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: повторные прессование и спекание, пропитку смазочными материалами (антифрикционных деталей), термическую или химико-термическую обработку.

Повторные прессование и спекание позволяют 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 двукратными прессованием и спеканием.

Спеченные материалы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке при повышенных температурах. Обработка давлением позволяет снизить пористость материалов и повысить их пластичность.

Пропитку заготовок обычно выполняют погружением их в масляную ванну с температурой 70...140 ⁰С. 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 (ковку, протяжку, прокатку 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 сульфидирования; для придания спеченным заготовкам необходимых размеров и формы - калибровку, протягивание, штамповку и обработку резанием.

Калибровка позволяет получать детали высокой точности. Эту операцию проводят в специальных пресс-формах или приспособлениях.

Большая степень деформации при калибровке может значительно повысить прочность и снизить пластичность деталей. Поэтому после калибровки применяют дополнительное спекание или отжиг.

Рассмотрим схему последовательных операций калибровки подшипников скольжения на автоматическом прессе (рис.4). Специальный захват устанавливает подшипник 3 над отверстием калибрующей матрицы 4 (положение Г). 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 по сравнению с калибровкой, при которой деформация производится почти одновременно. Предварительная пропитка заготовок маслом значительно облегчает процесс.

Рис. 4. Схемы калибровки подшипников скольжения