Технология получения твердосплавных пластин из порошка.

Методы порошковой металлургии широко применяют в промыш­ленности для получения металлокерамических, металлических и керамических композиций. Достаточно отметить получаемые этим методом и широко используемые в технике металлорежущие твердосплавные пластины, представляющие собой спеченную смесь порошков кобальта и карбидов вольфрама или титана. Однако для получения волокнистых композиционных материалов методы порошковой металлургии стали использовать относи­тельно недавно, причем почти все эти методы — прессование с по­следующим спеканием, горячее прессование, экструзия, дина­мическое уплотнение и др. - оказались пригодными для указан­ных целей, разумеется, в зависимости от природы составляющих композиционных материалов — матрицы и упрочнителя.

В качестве исходных материалов используют металлические или металлокерамические порошки, образующие матрицу, и армирующие волокна в виде непрерывных или дискретных воло­кон, либо в виде металлических сеток. Оборудование, применя­емое при изготовлении композиционных материалов, как пра­вило, существенно не отличается от оборудования, применяемого в порошковой металлургии. В основном это разного типа вибра­ционные столы для уплотнения смеси, прессы, печи для спекания

и ДР.

Рассмотрим некоторые наиболее типичные процессы при изготовлении волокнистых композиционных материалов с использованием методов порошковой металлургии.

Прессование с последующим спеканием для получения во­локнистых композиционных материалов используется в тех слу­чаях, когда волокна обладают высокой стабильностью в контакте с материалом матрицы при температурах, достаточных для спе­кания матриц. Во всех других случаях в процессе длительной" выдержки спрессованной заготовки при высокой температуре, необходимой для уплотнения матрицы, одновременно происходит взаимодействие волокон с матрицей, приводящее к снижению свойств материала. Кроме того, как было показано Баски на мате­риалах на основе никелевого сплава типа хастеллой, армиро­ванных волокнами вольфрама и молибдена, в результате различ­ного температурного коэффициента линейного расширения компо­нентов происходит отслаивание матрицы от волокна в процессе;

охлаждения материала от температуры спекания до комнатной,

Как правило, прессование и спекание используют как пред­варительные технологические операции, позволяющие получит! заготовку, содержащую необходимое количество определенным образом расположенных волокон, хотя в целом ряде случаев возможно получение композиционного материала большой плот-. ности (95—98% от расчетной) при использовании только процес-, сов прессования и спекания. «tg

В отличие от обычного металлокерамического производства, для которого возможны процессы получения полуфабрикатов методом обработки давлением непосредственно из порошков (прокатка, экструзия из порошков и др.), порошковая металлур­гия композиционных материалов предусматривает обязательное изготовление предварительно подпрессованной заготовки с рав­номерно распределенным в ней волокнистым упрочнителем.

Окончательное формирование компактной, беспор истой'заго­товки или готовой детали производится методами горячего прес­сования, ковки, прокатки, экструзии и др.

Приготовление заготовок для прессования. Метод прессования с последующим спеканием используется для получения матери­алов, армированных как дискретными, так и непрерывными, во­локнами. Технологические схемы на стадии получения компакт­ной заготовки для спекания существенно различаются.

Схема получения материала с дискретными волокнами состоит из операций смешения порошкового матричного материала с име­ющими определенную длину волокнами упрочнителя. При исполь­зовании металлического упрочнителя (нарезаемая определенной длины проволока) возможно применение обычных валковых мель­ниц и шаровых смесителей. Возможно перемешивание как всу­хую, так и с применением жидкостей, например спирта. При этом следует обратить внимание на возможность комкования волокон отдельно от порошковой фракции; обычно это происходит в том случае, когда отношение длины к диаметру волокон составляет более ста. Получение хорошо перемешанной шихты с равномер­ным распределением волокон зависит от следующих факторов, устанавливаемых опытным путем: 1) метода перемешивания;

2) геометрических размеров смесителя и загрузки его шихтой — отношения длины волокон к размерам смесителя; 3) формы и раз­меров порошковой фракции; 4) отношения длины к диаметру воло­кон; 5) соотношения порошковой и волокнистой фракции в шихте;

' 6) времени перемешивания (при отсутствии явления комкования волокон); 7) наличия в составе жидкости той или иной конси­стенции, изменяющей сыпучесть компонентов.

Комкования волокон часто удается избежать при использо­вании турбулентного смесителя. В некоторых случаях избежать этого явления удается лишь при перемешивании компонентов вручную. При использовании хрупких волокон или нитевидных кристаллов тугоплавких соединений (окислов, карбидов, нитри­дов) условия перемешивания должны обеспечить, кроме того, ми­нимальное разрушение волокнистой фракции.

После перемешивания шихту помещают непосредственно в пресс-форму, в которой производится ее уплотнение. Предвари­тельная операция сушки в случае мокрого перемешивания часто бывает нежелательна, так как при последующей загрузке высу­шенной шихты в пресс-форму может происходить сегрегация ком­понентов его. В случае необходимости сушку шихты лучше произ-

Рис. 66. Схема изготовления заготовки композиционного материала методом шликерного литья:

/ — щликер; 2 — обойма; 3 — упрочняющие волокна; 4 фильтровальная бумага; S ------- — -„ „„,„„. к _

сое; 7 — вибростол; 8

водить прямо в пресс-форме, используя для | этого вместо нижнего пуансона специальный |

фильтр-вкладыш. |

Описанный выше метод может обеспечить получение заготовки с хаотичным располо­жением волокон. Для получения заготовок с полностью или частично ориентирован­ным расположением волокон наиболее эффективным является метод шликерного литья. В полость формы укладываются ориентированные определенным образом ор-тотропные или изотропные заготовки (маты) из дискретных волокон или нитевидных кристаллов. Затем маты пропитываются шли-кером, содержащим порошкообразный мат­ричный материал и связующие нужной кон-1 систенции. В одном из вариантов этого метода на дне формы устанавливается пористая диафрагма, шликер подается в верхнюю часть формы и отсасывается из нижней части, заполняя при этом частицами матричного вещества межволоконное пространство. Метод шликерного литья используют при изготовлении композит ционных материалов, армированных непрерывными волокнами. Схема получения заготовки представлена на рис. 66.

Прессование. Прессование заготовок для получения компакт­ной детали или полуфабриката может быть произведено в сталь­ных пресс-формах с использованием обычных гидравлических прессов. Давление прессования подбирают в каждом случае от­дельно: можно лишь отметить, что в случае, когда смесь содержит металлические волокна, например стальную, вольфрамовую или бериллиевую проволоку, давление прессования должно быть больше, чем это необходимо для прессования порошка материала матрицы. В ряде случаев при прессовании заготовок, содержащие большое количество упругих металлических волокон (30% i более), спрессованные заготовки разваливаются в результате пру-j жинящего действия волокон. Для получения плотной и прочной! заготовки в этом случае используют метод горячего прессования