Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока

Райченко А.И.

Металлургия, 1987 г.

Г л а в а 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СПЕКАНИЕ ПОРОШКОВ

1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ

При электроспекании порошков возможно широкое варьирование способов пропускания электрического тока и характера механического нагружения. Режим обработки определяет .ход процесса и в конечном счете свойства спеченного продукта. Чаще всего используются следующие виды спекания порошков электрическим током: спекание "сопротивлением", импульсное спекание, электроразрядное (искровое) спекание. Такая классификация процессов электроспекания не является единственно возможной (см., например, [87]). По мере развития этого научно-технического направления классификация процессов электрического спекания будет изменяться, совершенствоваться и детализироваться.

Спекание "сопротивлением "

Этот вид обработки предполагает пропускание через порошок постоянного (либо слабо изменяющегося знакопостоянного тока) или низкочастотного (обычно промышленной частоты) тока; к порошку прикладывают при этом постоянное неконтролируемое либо нулевое давление (в последнем случае ток пропускают через ранее спрессованную заготовку» не подвергающуюся давлению в процессе спекания).

При приложении разности потенциалов к порошку происходит резкое нарастание тока. Время нарастания не зависит от формы и площади сечения образца, но зависит от его высота: чем больше эта высота, тем продолжительнее время нарастания. Время нарастания уменьшается с увеличением напряжения и давления. Согласно данным Сакаи, Итабаси и Хары [169], после начала пропускания тока от поверхностей образца, контактирующих с торцами электродов-пуансонов, в глубь образца движутся границы слоев с повышенной электропроводностью. Величина тока резко увеличивается, когда оба этих слоя соединяются в центральной части образца. Скорость роста этих слоев с повышенной электропроводностью тем выше, чем больше электрическое напряжение и давление на порошок.

Электрическая энергия превращается в тепловую во всех частях упоминавшейся цепи: на контактных сопротивлениях участков соприкосновения частиц порошка, на собственных сопротивлениях металла внутри частиц, на контактных сопротивлениях на поверхностях раздела электроды-пуансоны— порошок, на сопротивлении электродов-пуансонов, на контактных сопротивлениях между электродами-пуансонами и плунжерами (либо плитами) пресса, на внутреннем сопротивлении установки.

Проанализируем энергетику  процессов, происходящих в элементах, составляющих последовательную электрическую цепь, в соответствии с подходом Акети и Хары [37]. Вначале определим выделение тепла на собственном сопротивлении металла порошка. Для этого надо воспользоваться данными, относящимися к последнему периоду спекания, для которого характерно малое выделение тепла на межчастичных контактах (рис. 10), Изменение собственного сопротивления металла со временем можно определить из удельного сопротивления сплошного металла (титана) при температуре спекаемого образца: оно оценивается, исходя из величины подводимой энергии, путем вычитания энергии, идущей на нагрев электродов-пуансонов ипри этом учитываются плошав сечения образца, по которому идет ток, икинетика изменения длины образца (данные о длине содержатся с учетом переводного коэффициента на графике относительной плотности, (см. рис. 10). В результате этой оценки на конкретном примере [37] получено значение 69,1 мкОм (рис. 12, кривая 2).

Рассмотрим сопротивление электродов-пуансонов и выделяющееся на них ρ соответствии с законом Джоуля - Ленца тепло. Из измеренных величин тока и сопротивления электродов-пуансонов и коэффициента мощности можно рассчитать количество выделяющегося тепла. В анализируемом здесь примере [37] сопротивление электродов-пуансонов равно 13,9 мкОм. Собственное сопротивление спекаемого металла составляет 80,5 %, сопротивление электродов-пуансонов 16,2 %. Остающаяся часть сопротивления цепи не поддается расчету; она составляет 3,3 % (2,8 мкОм).