2.2 ФОРМОВАНИЕ ПОРОШКОВ В ИЗДЕЛИЯ и ЗАГОТОВКИ

Одним из наиболее распространенных способов формования является прессование. Сущность процесса прессования заключается в деформировании некоторого  объема сыпучего порошкового тела, обжатием, при котором происходит уменьшение первоначального объема и формование заготовки заданной формы, размеров и свойств. Объем порошкового тела при прессовании изменяется в результате смещения отдельных частиц, заполняющих пустоты между ними, и деформации частиц.

В процессе формования исходный объем металлического порошка уменьшается  обжатием и происходит  консолидация,  В результате которой формируется требуемая формовка. Уплотнение порошка обеспечивают прессованием в пресс-формах,  формованием в оболочках под воздействием жидкости или газа высоких давлений, шликерным формованием и другими методами в том числе при высоких  скоростях приложения давления. Условия прессования (давление,  тип,  холодное, горячее) определяют физико-химические и механические свойства  готовых изделий, их эксплуатационное назначение. Независимо от  методов прессования общим требованием, предъявляемым к ним,  является обеспечение прессовкам прочности,  необходимой для выполнения последующих операций.

Процесс уплотнения порошков пластичных металлов условно можно разделить на три стадии:

-1 стадия - происходит наиболее интенсивное уплотнение порошкового тела, связанное с перемещением частиц и их  более плотной упаковкой под воздействием внешних сил. По окончании стадии получается упаковка, близкая к максимально плотной;

- 2 стадия - характеризуется тем, что частицы порошка, упакованные максимально плотно;  оказывают  определенное  сопротивление сжатию, давление прессования возрастает, а  плотность порошкового тела некоторое время не увеличивается. В силу  упругой деформации частиц роль местной разгрузки контактов незначительна, а пластическая деформация в приконтактной зоне носит ограниченный локальный характер.

Когда давление прессования превысит сопротивление сжатию частиц порошка, начинается пластическая деформация и процесс  уплотнения вступает в 3 стадию. С этого момента пластическая деформация охватывает весь объем каждой частицы, смещение  межчастичных контактов фактически прекращается и они фиксируются.

На практике в процессе прессования происходит взаимное  наложение указанных стадий уплотнения, т. к.  они протекают  одновременно, как представлено на рисунке 1 (стадия формование).

В настоящее время существует  большое количество  технологических приемов прессования. При изготовлении конструкционных деталей машин и приборов наибольшее применение находит метод холодного прессования в закрытых пресс-формах. Такое прессование позволяет получать изделия без последующей механической обработки.  Прессование в закрытых пресс-формах может быть односторонним и двухсторонним. Недостатками прессования в закрытых пресс- формах являются необходимость изготовления с большой точностью и чистотой деталей пресс-форм, применение высоких давлений при прессовании (до 600 -1000 МПа и выше), ограниченность получения изделий по форме и массе.

Для получения малопористых прочных изделий применяют многократное прессование, в том числе и калибровка, как показано на рисунке 1.динамическое горячее прессование, горячую ковку,  штамповку. При многократном прессовании исходная порошковая  смесь после первого прессования в виде  высокопористой заготовки подвергается отжигу  и последующему прессованию с промежуточными отжигами при температурах выше температуры рекристаллизации.

Горячее прессование представляет собой технологическую  операцию, при которой совмещаются процессы прессования и спекания. Метод горячего прессования применяется для получения биметаллических изделий. По характеру такое прессование больше приближается к спеканию, когда под давлением все реакции спекания завершаются значительно быстрее, чем при спекании холоднопрессованных изделий.

Разновидностью горячего прессования в  закрытых пресс-формах является горячая штамповка или динамическое  горячее  прессование (ДТП). Этот метод состоит из предварительного холодного прессования и спекания в защитной среде заготовок с пористостью 25-30  %, кратковременного их нагрева, установки в пресс-форму для ДТП в разогретом состояний, выбивки из пресс-форма а охлаждения с заданной скоростью. Метод ДТП широко используется для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях сложнонапряженного и ударного воздействия (шестерни, шатуны, храповики и т.п.)[8].

Основными недостатками прессования порошковых материалов  в закрытых пресс-формах являются сложность изготовления пресс-форм и ограниченность прессования в пресс-формах изделий по форме и массе. В связи с этим разработаны такие виды формования, как статическое, динамическое, прокатка и т.д.

Гидростатическое прессование применяется для получения порошковых заготовок простой формы с равномерной плотностью.  Сущность процесса состоит в том, что порошковая смесь,  засыпанная в эластичные оболочки, всесторонне сжимается жидкостью (водой, маслом) при давлении выше 100-120 МПа (1,0-1,2 т/см2), а после прессования подвергается спеканию в защитных (восстановительных) средах. Методом гидростатического прессования можно получить заготовки крупных размеров массой до 500 кг и более, изготавливать  заготовки  труб». фасонных изделий, многослойные заготовки, а также производить  напрессовку порошковых материалов на компактные металлические  изделия.

Взрывное прессование представляет собой метод формования  порошков, помещенных в пластичную (из металла,  пластмассы,  резины) оболочку, при помощи мгновенно возрастающего давления взрывной волны. Прессование  взрывом может  производиться  в газообразной среде, в воде или какой-либо другой жидкости.  Гидродинамическое прессование может быть использовано для получения изделий  сложной формы, больших размеров, с равномерно распределенной по объему пористостью.

Горячее изостатическое прессование относится к объемному методу прессования, когда порошковая смесь, заключенная в эластичную оболочку, при высоких температурах подвергается всестороннему  обжатию газами или расплавленными металлами  (свинцом).  Прессование при высоких температурах осуществляется на специальных  установках - изостатах. К преимуществам такого прессования относятся: получение заготовок с большим отношением длины к диаметру, а также изделий с равномерной плотность» по всему объему с малыми  внутреннныи напряжениями; возможность прессования порошковых заготовок с  массой до нескольких тонн с пористостью близкой к нулю; меньшая себестоимость благодаря замене пресс-форм оболочками.

Экструзионное прессование представляет собой метод формообразования длинных изделий постоянной толщины или диаметра путем непрерывного прессования порошковой смеси в  открытых пресс-формах, что дает возможность получения изделий из порошков твердых и туго­плавких металлов, интерметаллических соединений, а также из  материалов на основе оксидов металлов.

Процесс прокатки можно рассматривать как непрерывное уплотнение порошка валками прокатного стана. Метод позволяет получать однородные по плотности изделия любой длины, ширины при очень тонкой толщине. Прокаткой можно получать листы, ленты, прутки,  проволоку любой заданной пористости, фрикционные и  антифрикционные изделия, фильтровальные и контактные материалы и др.

Метод шликерного литья позволяет получать изделия  сложных форм без применения давления. Таким методом могут изготавливаться изделия различных размеров и форм  (тигли,  турбинные  лопатки, элементы бурового инструмента и т.п.). Технология изготовления заготовок состоит в суспензировании порошковой  смеси  определенного химического и гранулометрического состава в жидкой среде и заливке ее  в пористую керамическую или гипсовую литьевую форму соответствующего профиля в размера, являющуюся "негативом" изделия.