Конструкционные порошковые материалы
Радомысельский И. Д., Сердюк Г. Г., Щербань Н. И.
Техніка, 1985 г.
Получение беспористых материалов методом пропитки жидкими металлами. сплавами и неметаллическими расплавами.
Пропитка пористых металлических прессовок жидкими металлами и сплавами.
Одним из распространенных способов получения высокопрочных порошковых деталей является пропитка жидкой медью или латунью пористых прессовок из железа, железографита или железомарганца. Прочность таких деталей находится в пределах 400—1000 МПа в зависимости от состава и термической обработки [47]. Преимущества пропитки перед другими способами заключаются в возможности прессования заготовок при сравнительно низких давлениях, что повышает стойкость пресс-форм, а также в получении деталей с точными размерами благодаря отсутствию усадки.
Для пропитки пористое тело должно быть нагрето до температуры жидкого пропитывающего материала. Поскольку нагрев заготовки и материала пропитки должен, как правило, происходить в защитной среде, то пропитка непосредственным погружением пористого тела в расплавленный металл пока не нашла широкого промышленного применения. Чаще всего пористую заготовку и соприкасающийся с нею пропитывающий брикет нагревают в защитной среде печи спекания. Чтобы пропитывающий материал не растекался, каждую пару деталь— пропитывающий брикет отделяют от другой слоями глинозема или укладывают в отдельную графитовую форму. Поскольку влиянием гравитационных сил в сравнении с капиллярными силами можно пренебречь, размещение пропитывающего брикета сверху или снизу пористой детали не имеет принципиального значения.
Используются методы пропитки пористых деталей в ваннах с расплавленными металлами без применения защитных сред. Пористое тело из тугоплавкого материала предварительно пропитывается наполнителями — органическими или неорганическими веществами, температура плавления которых ниже, чем температура плавления металла, предназначенного для пропитки. Затем тело погружается в ванну с расплавленным металлом, вытесняющим из пор изделия наполнитель. В случае пропитки пористой меди свинцом в качестве наполнителя можно применять углеводороды, а в процессах пропитки пористого железа и его сплавов медью и ее сплавами (латунью, бронзой, сплавами типа Сu — Fe, Сu — Mn— Fe) в качестве наполнителей рекомендуется использовать галоиды NaCl, КСl. ZnClи их смеси. Для улучшения жидкотекучести хлоридов и их смесей к ним добавляют 0,5—1,0 % NH4Сl. Режим предварительной пропитки пористых заготовок наполнителями определяется природой наполнителя, размерами и количеством деталей, теплосодержанием ванн и т. п. С целью повышения производительности процесса и его экономической эффективности заготовки пропитывают в солях также и при предварительном нагреве. Для этого ванны с расплавленными солями и жидким металлом устанавливают рядом. Приведем примерный режим пропитки пористого железа латунью: погружение пористых заготовок в ванну с NaCl при 850 °С, выдержка 1—1,5 мин; перенос пропитанных солью деталей в ванну с расплавом латуни; пропитка деталей латунью при 950—1000 °С в течение 15—20 с; извлечение каждой пропитанной детали из металлического расплава на воздух, встряхивание и очистка в горячем состоянии от металлических наплывов проволочными щетками.
Наиболее целесообразно пропитывать наполнителем и расплавленным металлом в одном тигле. Расплавленный слой вспомогательного вещества должен находиться над слоем жидкого металла. Пористую заготовку сначала помещают в верхний слой, а затем, после заполнения пор вспомогательным веществом и прогрева заготовки до требуемой температуры, ее опускают в жидкий металл.
Можно совмещать процессы заполнения пор расплавленным металлом и соединения отдельных пористых деталей простой конфигурации в изделие очень сложной формы. Так изготовляют блоки шестерен, тройники и другие детали.
Летали с внутренней полостью или детали с поперечными отверстиями изготовляют, используя внутреннюю пропитку. По этой технологии в процессе прессования пористого изделия запрессовывается вставка определенной формы и размеров из материала, предназначенною для пропитки. Последующее спекание этой прессовки при температуре выше точки плавления материала вставки сопровождается ее расплавлением. Жидким металлом пропитывается пористая деталь, а па месте вставки остается полость соответствующих размеров и формы. Например, при изготовлении методом порошковой металлургии лопаток турбин с поперечными отверстиями для воздушного охлаждения заготовки прессуют из порошка в разъемных пресс-формах с поперечными отверстиями, через которые вставляют медные или латунные проволочки, которые затем запрессовывают в тело заготовки. В процессе спекания при температуре выше 1100 °С проволочки расплавляются и жидкий металл впитывается в пористую заготовку, оставляя в теле лопатки поперечные отверстия.
При производстве деталей сложной формы больших габаритов находит применение спекание свободно насыпанного металлического порошка в керамических формах с последующей пропиткой изделий легкоплавким металлом. Например, Крупногабаритные железомедные детали получают засыпкой и утряской железного порошка в керамических формах, спеканием при 1000—1100 °С в защитной среде и пропиткой при 1100—1150 Смедью, предварительно насыщенной 8%железа для исключения эрозии поверхности изделия [36].