Воспламеняемость  порошка связана с его способностью к самовозгоранию при соприкосновении с окружающей атмосферой, которая при относительно невысоких температурах может привести к воспламенению порошка или даже взрыву.

      Пожароопасность зависит от химической природы и  чистоты металла, крупности и  формы частиц порошка, состояния  их поверхности (пленки оксидов уменьшают пожароопасность, а шероховатость усиливает ее).

      Воспламеняемость  порошка зависит от того, находится  ли он в свободно насыпанном состоянии (в виде аэрогеля) или в виде взвеси в окружающей атмосфере (в виде аэрозоля). Для аэрогелей определяют температуры самонагревания, тления, самовоспламенения, а также энергию воспламенения.

      Взрываемость  порошка. Сверхвысокие скорости химического  взаимодействия порошка с кислородом приводят к почти мгновенному выделению энергии, которое сопровождается образованием и распространением взрывной волны (происходит взрыв).

      Металлические порошки, располагающиеся слоем (аэрогели), не способны взрываться. Поэтому, рассматривая взрываемость порошков, имеют в виду взрываемость аэрозолей, т.е. взвеси металлических частиц в газе.

      Характеристики  взрываемости зависят от дисперсности металлического порошка, степени его окисленности и содержания кислорода в газовой фазе.

      Токсичность порошка. Практически пыль любого из металлов, в том числе и совершенно безвредных в компактном состоянии, воздействует на человека и может вызвать патологические изменения в его организме, фиброгенные и аллергические заболевания. Степень опасности для здоровья человека металлических пылей зависит от их химического состава и степени окисленности, размера частиц, их концентрации, длительности воздействия, путей проникновения в организм и т.д. Технологические и санитарно-технические мероприятия должны поддерживать в производственных помещениях концентрацию пыли на уровне ниже нормы ПДК /7/.

      Согласно  заданию дан порошок ПХ30-1, полученный методом восстановления. Его химический состав: 70% железа, 30% хрома.

 

      2.2 Физические свойства

 

      К физическим свойствам порошка относятся  форма и размер частиц, гранулометрический состав, удельная поверхность частиц, пикнометрическая плотность и микротвердость.

      Форма и размер частиц. В зависимости  от химической природы металла и  способа получения, частицы порошка  могут иметь различную форму  – сферическую (карбонильные), каплеобразную (распыленные порошки), губчатую (восстановленные), тарельчатую (при размоле в вихревых мельницах), дендритную (электролитические), осколочную (при размоле в шаровых и вибромельницах), волокнистую и лепесткововидную (получение при плющении).

      Форма частиц порошков оказывает большое  влияние на насыпную плотность и прессуемость, а также на плотность, прочность и однородность прессовок.

      В зависимости от метода получения  порошков их размеры могут колебаться в больших пределах. В связи с этим порошки классифицируются на ультратонкие с размером частиц до 0,5 мкм; весьма тонкие – от 0,5 до 10 мкм; тонкие – от 10 до 40 мкм; средней тонкости – от 40 до 150 мкм и крупные (грубые) – свыше 150 мкм.

      Гранулометрический  состав. Размер частиц является важнейшей  технологической характеристикой порошков. Величина частиц, а особенно так называемый набор зернистости, т.е. соотношение количества частиц разных размеров (фракций) выраженное в процентах, называется гранулометрическим составом. Данные по гранулометрическому составу входят в качестве обязательного требования к техническим условиям на порошки.

      От  размера частиц порошков в сочетании  с другими свойствами зависят  насыпная плотность, давление прессования, усадка при спекании,

      механические  свойства готовых изделий.

      Существует  несколько методов определения гранулометрического состава порошков: ситовый анализ, микроскопический метод, седиментация и др. Самым простым и наиболее распространенным является ситовый анализ, который состоит в просеивании пробы порошка через набор сит, взвешивании отдельных фракций и расчета их процентного содержания /8/.

      Удельная  поверхность частиц. Под удельной поверхностью порошкообразных тел понимается суммарная поверхность всех частиц порошка, взятого в единице объема или массы.

      Удельная  поверхность зависит от размера  и формы частиц, а также от степени развитости их поверхности. Удельная поверхность возрастает с уменьшением размера частиц, усложнением формы и увеличением шероховатости поверхности.

      Удельная  поверхность – важная характеристика, которая определяет поведение порошкового материала при основных технологических операциях – прессовании и спекании.

      Наиболее  часто для определения показателя удельной поверхности применяют методы измерения его газопроницаемости и адсорбции /4/.

      Пикнометрическая  плотность. Исследование плотности металлических порошков в зависимости от метода их получения показывает, что фактическая плотность частиц порошка значительно отличается от плотности, вычисленной на основе рентгенографических данных при определении кристаллографической структуры металлического порошка. Это различие в плотности объясняется наличием в металле порошка значительной внутренней пористости, дефектов, оксидов и т.п. Поэтому в практике порошковой металлургии важное значение приобретает фактическая плотность, которую определяют пикнометрическим методом /8/.

      Микротвердость  частиц порошка позволяет косвенно оценивать их способность к деформированию. Ее величина зависит от природы и химической чистоты металла, а также от условий предварительной обработки порошка, изменяющей структуру его частиц. Деформируемость имеет важное значение для оценки технологических свойств порошков, главным образом их прессуемости /6/.

      Микротвердость  частиц порошка определяют по методу Виккерса, т.е. вдавливанием алмазной пирамиды в исследуемый материал с целью прогнозирования поведения порошка при прессовании и для разработки новых материалов /4/.

 

      2.3 Технологические  свойства

 

      Под технологическими свойствами порошков понимается их насыпная плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость.

      Насыпная  плотность порошка – масса  единицы объема порошка при свободной  насыпке.

      Насыпная  плотность выражает способность  порошка к укладке и зависит  от плотности металла (сплава) и фактического заполнения порошком объема. Плотность  укладки частиц порошка в объеме определяется его дисперсностью, формой и удельной поверхностью частиц. Поэтому насыпная плотность порошка из одного металла (в зависимости от метода получения) может иметь различное значение /8/.

      Текучесть порошка – способность порошка  с определенной скоростью вытекать из отверстия. Этот показатель важен для организации процесса автоматического прессования заготовок. По стандарту текучесть выражают числом секунд, за которое 50 г порошка вытекает через колиброванные отверстия конусной воронки.

      Уплотняемость – способность уменьшать занимаемый объем порошкового материала под воздействием давления или вибрации. По стандарту эта характеристика оценивается по плотности прессовок, изготовленных при давлениях прессования в цилиндрических прессформах с заданным диаметром.

      Прессуемость  – способность образовывать тело при прессовании, которое имеет заданные размеры и форму.

      Формуемость – способность сохранять приданную ему под воздействием давления форму в заданном интервале пористости. Формуемость порошка в основном зависит от формы, размеров и состояния поверхности частиц. Как правило, порошки с хорошей формуемостью обладают не очень хорошей прессуемостью, и наоборот. Чем выше насыпная плотность порошка, тем хуже формуемость и лучше прессуемость /7/.

      По  заданию дан порошок марки ПХ30-1, насыпная плотность которого составляет 2,14 г/см3.

 

3 Основные закономерности  прессования

 

      3.1 Расчет давления  прессования

 

      Для расчета давления прессования целесообразно  использовать уравнение М. Ю. Бальшина:

      

      где Pmax [МПа]– давление прессования, необходимое для получения беспористого тела.По физической сущности оно равно давлению истечения материала и соответствует твердости наклепанного упрочненного металла.

      Pmax = 2100 МПа;

      m – коэффициент, учитывающий природу прессуемого материала и называется показатель прессования.

      m = 4,1;

      β – относительный объем прессовки, связанный с относительной плотностью.

      

      Плотность компактного материала рассчитывается:

      γк = 0,30 γCr + 0,70 γFe

      где γCr = 7,19 г/см3

      γFe = 7,874 г/см3

      Тогда:

      γк = 0,30 ∙ 7,19 + 0,70 ∙ 7,874 = 7,67 г/см3

      Пористость  рассчитывается по формуле:

      

      Отсюда: γпресс = γк - П·γк

      П = 24% = 0,24

      γпресс = 7,67 – 7,67∙0,24 = 5,829

      Рассчитав γпресс и γк можно найти γотн:

      γотн  = 5,829 / 7,67 = 0,76

      Следовательно: β = 1 / 0,76 = 1,32

      Используя найденные показатели можно рассчитать давление прессования:

      Р = 2100 / 1,32 4,1 = 673 МПа

 

       3.2 Расчет высоты матрицы прессформы

 

                                                       Изделие:

 
 
 
 
 
 

      Рисунок 1 – Схема простейшей прессформы для ручного прессования

      D1 = D + 2a

      D = d = 24 мм,  а = 20 мм

      Тогда D1 = 24 + 2∙20 = 64 мм

      Рассчитываем  высоту матрицы прессформы:

       ,

      h = 24 мм, lдоп = 20 мм, γнас = 2,14 г/см3 

      Тогда Н = 5,829/2,14 ∙ 24 + 20 = 64 мм  

      hп =H+hдоп

      hдоп = 5 мм

      hп = 85,4 + 5 = 90,4 мм

      При давлении прессования 673 МПа выбираем антифрикционный материал – 5К6.

 

      3.3 Расчет массы навески  порошка

 

      Масса навески порошка рассчитывается формуле:

      m=0,79d3 γк

      где d – диаметр отверстия матрицы прессформы

      Тогда m = 0,79∙2,43∙7,67 = 6,06 г

 

      3.4 Выбор прессформы

 

      Основным  приспособлением при прессовании  металлических порошков является прессформа. Конструкция пресс-формы определяется такими факторами, как характер приложения давления при прессовании – одностороннее или двухстороннее; применяемый способ извлечения изделия из пресс-формы – выталкивание или разборка пресс-формы; количество одновременно прессуемых изделий – одно или многоместная пресс-форма; и, наконец, метод работы – индивидуальное прессование с ручной распрессовкой или применение полностью автоматизированного процесса.