Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна - Бальшин М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
298
Рис. 52. Образование перешейка при спекании сферических частиц. X500
3-10-5/0,24=1,25-10-4, т. е. —10"4% на каждый процент усадки. Следует учесть, что при спекании порошковых прессовок с •o- ft; 0,5 контактное сечение а-Я) вследствие неизбежного упругого последействия отчасти после прессования, отчасти при спекании [4, 5]. Примеры упругого последействия при спекании порошковых прессовок общеизвестны. Поэтому в табл. 82 приведены данные по объемному упругому последействию после спекания (4 ч, 68O0C, т. е. около 70% от абсолютной точки плавления) прессовок из медного волокна диаметром 50 мкм. Табл. 82 показывает, что в результате упругого последействия для всех плотностей прессовок имел место рост объема Д?/?0=—Дт>/0 10—14 %.
Номинальное изостатическое капиллярное давление Ркал в спекаемом порошковом теле из сферических частиц в соответствии с формулой (Vlll.oa) (см. *е [25]):
где FKan=2*.Y*=const; СконТ - координационное число контактов на половину частицы при значении
299
20*
Сконт —то же при д<1; 0*С,онт/(V3JiA8)2/3 «_число „л тактов на единицу площади номинального сечения п« * стого тела. "ори-
Вследствие роста частиц, а также зонального обо™* ления при практически применяемых температурах Л кания можно считать ^ Lne"
Ркап —*(Ркап)о, (VIII,26a)
где исходное значение капиллярной нагрузки (ркап) =
в Ркап^о/О = COnst. КаП' °
При еще более высоких температурах спекания значение Ркап постоянно:
Ркап = (Ркап)о =COnst, (VIII,266)
т. е. WR=UlJRo.
Значения ркап для сферических порошков меди, вычисленные по формуле (VIII,26) при у = 1,4 Г/см, Скот= =6; -0=0,5, приводятся ниже:
JR, мкм...... 0,5 1 2 5 10 20 30 50
Ркап. кГ/сжа« , . 100 50 25 10 5 2,5 1,6 1,0
Из этих данных видно, что даже при не слишком высокой дисперсности R = 5 (D = IO мкм), рКап=Ю кГ/см2 составляет при 8000C (почти 80% от точки плавления) 1,4% от кратковременной (минутной) горячей твердости (7,2 кГ/мм2), а при 9500C (около 90% от точки плавления) — около 2,6% от твердости (3,8 кГ/мм2). По аналогии с данными табл. 39 такие напряжения достаточны, чтобы вызвать быструю начальную усадку за счет сдвига частиц, порядка 10—40% в первую минуту спекания. Значения ркап на 2—5 порядка больше сил тяжести. Таким образом, капиллярное давление при спекании заведомо достаточно, чтобы вызвать не только течение атомов До, но и смещение частиц в целом. При этом транс* порт массы за счет смещения частиц в целом может на-, много превышать ее транспорт за счет собственно атомного течения.
Нетрудно показать, что консолидация при спекании волокна осуществляется также в результате не только атомного течения к местам контакта, но и изгиба и смещения крупных участков нитей. Скольжение контактов в волокновых телах затруднено по сравнению с порошковыми. Зато облегчено взаимное удаление контактных
BQQ
Рис. 53. Медное спеченное волокно 50 мкм
узлов за счет выпрямления (разгибания) элементов (звеньев) связи между ними (см. рис. 4). Имеют место ощутимый разрыв и срез волокон при. спекании. Так, например, после спекания вольфрамового волокна часто осыпается некоторая доля отрезков нитей, длина которых в 2—4 раза.меньше исходной длины волокна. На рис. 53 видно разорванную или, может быть, разрезанную в результате спекания или лри шлифовании нить (рис. 53, участки 1—1).
В соответствии с формулой (VIII.11) скорость объемного течения атомов на один контакт AV/At=const при F=COnSt, a AV~At. При спекании порошкового тела с увеличением плотности растет Q следовательно, концентрация контактов, ркаа и Дю/Л*. При существенном увеличении ф р„ап начинает падать из-за уменьшения свободной поверхности. Следует учесть еще более сильное снижение эффективного капиллярного давления в соответствии с формулами (V,5), (V,5a):
.w-p^i-*^. ^2;
SvI
Таблица 83
Кинетика изменения характеристик меди
Uk 100 # 100 AM15 10Oa= ' «=ЮЭ(Л/A14)V* 100 Ob=IOo <№>
0,5 1 2 4 8 41,2 51,5 62,0 72,3 77,5 12,0 19,4 30,3 47,0 59,1 3,50 7,30 14,8 30,6 45,1 6,99 13,7 23,8 37,3 46,6
Поэтому с дальнейшим увеличением времени спекания t начинает снижаться скорость течения атомов dcafdt. В табл. 83 приведена кинетика изменения плотности, электропроводности Л/Лк, критического сечения а= = (Л/Лк)2/^ равновесного критического сечения а=^3 при спекании неспрессованной электролитической меди (00=0,28, 900° С).
Из табл. 83 можно сделать следующие выводы: 1) экспериментальное значение а= (Л/Лк)2/* росло от 50% равновесного значения а=^3 при t=0,5 ч до 100% при /=8 ч\ 2) сначала (0,5—4 ч) экспериментальное значение а увеличивалось пропорционально времени спекания — с ростом / в 8 раз (Л/Лк)2/1* увеличилось 8,7 раз, а затем его рост замедлился; 3) величина и (см. гл. V) растет быстрее а. Следовательно, в первые часы спекания скорость атомного течения d<a/dt увеличивалась со временем, затем оставалась постоянной и под конец падала.
58. ЗАКОН ЗОНАЛЬНОГО ОБОСОБЛЕНИЯ. ДАВЛЕНИЕ И КИНЕТИКА СПЕКАНИЯ В КОНЕЧНОМ ЭТАПЕ
Работа спекания не всегда затрачивается на консолидацию, т. е. на объединение частиц в единое целое. Часігь энергии процесса независимо от нашего желания расходуется на обособление частиц в сепаратные группы. Усадку при спекании порошковых тел в ряде случаев рассматривали как некий единый процесс, который в конечном счете направлен к полному уплотнению и полной консолидации тела.
