Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна - Бальшин М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
S02
Это ошибочная точка зрения. Процесс спекания пл рошковых тел обычно связан не только с общей консоли' дациеи, но и с противоположным явлением-обособлї „нем частиц в сепаратные группы и на некотором этапе с ростом автономности и обособленности этих гоупп Другими словами, при спекании происходит самопроизвольный процесс агломерации частиц в группы. Таким образом, усадка или, более точно, сближение, стягивание частиц имеет место в пределах не одной, а многих зон (групп). В результате этого процесса происходит зональное (групповое) обособление (рис. 54). В каждой области (зоне) частицы, как показано стрелками, стягиваются внутрь зоны, как бы к ее геометрическому центру. Такой процесс ведет к сближению частиц, уменьшению пористости внутри группы (агломерата, зоны) и обособлению сепаратных групп, их взаимному удалению и росту межгрупповой пористости. Зональное обособление тормозит усадку и задерживает рост критического сечения при спекании порошковых тел.
На рис. 55 дано металлографическое подтверждение сказанного. Частицы собираются в группы (агломераты),
Рис. 54. Схема зонального обособления (а) и далеко зашедшее зональное обособление при спекания твердого сплава (б)
Рис. 55. Пример зонального обособления при спекании (медь). X150
содержащие от десятка (или даже менее) и до нескольких тысяч частиц. Пористость внутри группы незначительна (может доходить до нуля), контакт значителен (может дойти до полного контакта). Межгрупповая пористость больше, а степень межгруппового контакта меньше, чем между частицами внутри групп.
Именно в первую очередь процесс зонального обособления приводит к росту наиболее крупных (межгрупповых) пор при одновременном уменьшении наиболее мелких (внутригрупповых) пор [1]. Это наблюдение было первоначально отмечено в работе [1] и затем подтверждено исследованием [37]. Помимо металлографических, приведем еще следующие доказательства наличия зонального обособления:
1. Падает доля закрытых и растет доля открытых пор при спекании, особенно для тел из тонких порошков (рис. 56).
2. Практика изготовления пористых порошковых фильтров показывает, как правило, рост проницаемости по отношению к воздуху и к жидкостям спеченных тел по сравнению со спрессованными. Этот рост проницаемо*
мости наблюдается независимо от наличия или отсутствия усадки и образования закрытых пор. Приведем типичный пример [1]. Прессовки из хорошо восстановленного медного порошка при Я=30% (все поры открытые) имели воздухопроницаемость 15 cmsIмин. После спекания при 8000C пористость снизилась до 19%, общая же открытая пористость до 19-0,73» 14%. Таким образом, открытая пористость была в два раза меньше, чем в прессовке. Проницаемость же в спеченном теле увеличилась с 15 до 22 CM3JMUh, в 1,5 раза больше, чем в прессовке.
Такой результат можно объяснить только зональным обособлением при спекании, которое собрало частицы в более крупные структурные единицы (группы, агломераты) и привело к существенному увеличению размеров открытых межгрупповых пор К
Процесс зонального обособления можно рассматривать как внутреннюю (внутризональную) усадку. Такая внутренняя усадка может протекать при нулевой или даже отрицательной внешней усадке (росте) порошкового тела [1]. Во многих случаях внутренняя усадка — зональное обособление — приводит к более полному термодинамическому равновесию, чем внешняя усадка без обособления. Пусть спекается прессовка (Фо=0,7, радиус частиц R0). В одном варианте отсутствует внешняя усадка и имеет место полная агломерация в группы из 27 частиц. После спекания f>=#0=0,7; критическое сечение а-=03=0,343, радиус группы частиц R=3R0. В этом случае после спекания энергия свободной поверхности из расчета на одну исходную частицу равна 4я (3i?o)2v/27 (1— —0,343)=2,33 у#о «. в ДРУГОМ варианте нет зонального обособления, но есть значительная усадка до Ф=0,8; 0=0^=0,512. В этом варианте энергия свободной поверхности на одну исходную частицу равна 4nR2Q (1—0,512)7=
-6.13 у/ф
Таким образом, в первом варианте (при зональном обособлении) энергия свободной поверхности в 6,13/2,33— =2,63 раза меньше, чем во втором. Расчет по формуле
* Проницаемость увеличивается пропорционально -»мРат/*"aJ метра пор, т. е. пропорционально квадрату диаметра структурных единиц,
305
Рис. 56. Изменение пористости при спекании медных прессовок:
/ — общая пористость; 2 —доля открытых; г — доля закрытых пор; / — мелкие; // — крупные порошки
(VIII1Il) показывает, что скорость объемного течения dV/dt на одну исходную частицу для первого варианта спекания на порядок меньше, чем для второго.
При соответствующей модернизации терминологии основные положения работ [4, 5] сводятся к сосущество-"ванию при спекании процессов консолидации и обособления. Вполне определенно указывалось [5], что основной структурной единицей в спекаемом теле является не частица, а группа частиц. В работе [1] впервые было описано явление зонального обособления, а в [7] указано, что спекание — совокупность процессов, протекающих с некоторым коэффициентом полезного действия. В некоторых случаях, например при спекании волокновых тел, сдвиг структурных элементов затруднен. Поэтому явления зонального обособления в волокновых телах обычно практически отсутствуют. В соответствии с этим воздухопроницаемость спеченных волокновых тел та же или почти та же, что у исходных прессовок [38].
