Процессы порошковой металлургии
Осокин Е.Н.(сост.)
Красноярск: ИПК СФУ, 2008 г.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И СПЕКАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Дня получения порошков и спекания порошковых формовок используют печи, различающиеся как по конструкции, так и по способу нагрева. Выбор типа печи зависит от многих факторов:
характера защитной среды,
температуры и выдержки при спекании.
режима нагрева и охлаждения.
требуемой производительности и т.п.
Получение порошков и спекание изделий из порошков чаще всего проводят в печах непрерывного действия (муфельных, трубчатых и пр.), в которые газообразный восстановитель подается по принципу противотока (навстречу движению материала). Обычно для печей непрерывного действия характерно наличие трех рабочих зон:
1) зоны нагрева.
2) горячей зоны (зоны максимальной температуры),
3) зоны охлаждения.
При спекании изделий из порошков в первой зоне печи происходит испарение или выжигание и удаление смазки (пластификатора), введенной в шихту перед формованием порошка, а также снятие (релаксация) напряжений- имеющихся в порошковой формовке. В горячей зоне осуществляется собственно спекание, а в третьей зоне - охлаждение материала (изделия) с заданной скоростью до температуры, обеспечивающей безокислительную выгрузку на воздух.
При непрерывной транспортировке материалов через печь используют различные загрузочные устройства (конвейеры, лодочки, тигли и пр.). Перемещение материалов через печное пространство обеспечивается с помощью роликов (рольгангов), толкателей различного типа.
В некоторых случаях восстанавливаемый материал или спекаемые заготовки укладывают в поддоны или непосредственно на конвейерную ленту из окалиностойкой проволоки. Общая длина печей различного типа лежит в пределе от 5-6 до 15-25 м. при длине зоны спекания от 3 до 6-15 м. Рабочая температура в печи зависит от материала нагревательных элементов и составляет 1 000-2 ООО °С.
Толкательные муфельные или трубчатые печи наиболее просты по своей конструкции. Продвижение лодочек (поддонов) из графита, стали, карбида кремния, в которые загружены восстанавливаемый материал или спекаемые изделия, производится механическим толкателем.
Печи непрерывного действия экономичны и обеспечивают равномерное распределение температур в зоне нагрева, благодаря чему порошковые изделия после спекания имеют однородные свойства.
Электропечи периодического действия широко применяют в порошковой металлургии при проведении металлотермических процессов восстановления. Они могут быть прямого или косвенного электронагрева, а также индукционные.
Спекание в водороде, нейтральном газе или вакууме при температуре до 2 500 °С можно осуществлять в электропечах косвенного нагрева. В камерных печах загрузку и выгрузку изделий выполняют через дверцу, расположенную в передней стенке печи. В шахтных печах загрузку изделий в цилиндрическую вертикальную шахту - рабочую зону печи - осуществляют сверху, опуская изделие на стационарную подставку, находящуюся в нижней части шахты. В элеваторных печах изделия вдвигают в цилиндрическую вертикальную рабочую зон}' снизу, на подставке, конструктивно объединенной со съемным днищем печи. В кол паковых печах (колпаков у одной печи может быть несколько) изделие перед началом нагрева устанавливают на стационарной подставке и накрывают колпаком, внутри которого смонтированы нагреватели, тепловая изоляция и другие конструктивные элементы печи.
В таких электропечах косвенного нагрева применяют в основном нагреватели трех типов:
проволочные или ленточные зигзагообразные на изоляторах;
проволочные или листовые, соединенные с водоохлаждаемыми токоподводами. входящими в горячую зону печи;
проволочные или листовые, соединенные через неохлаждаемый вывод из тугоплавкого металла с водоохлаждаемыми токоподводами.
Для спекания порошковых изделий применяют контейнеры с плавким затвором из натро- или боросиликатного стекла (полуфабриката при получении жидкого стекла). Во время нагрева контейнера воздух и выделяющиеся из засыпки и прессовок газы свободно выходят через пористые материалы (песок и порошок силикатной глыбы), которыми заполнена полость затвора.
При достижении температуры плавления материала плавкого затвора из натросиликатной глыбы контейнер из нержавеющей стали герметизируется от печной атмосферы, что обеспечивает предохранение спекаемых изделий от окисления.