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正文內(nèi)容

粉末冶金課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-02-13 03:09 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 屬,塑性好(δ=50%),但強(qiáng)度較低(σb=230~250MPa).硬度很低(40~50HBS),不能熱處理強(qiáng)化,只能通過(guò)冷加工變形強(qiáng)化。 鎢(W)則是高熔點(diǎn)金屬,熔點(diǎn)為3407℃,熔點(diǎn)最高,硬度大,密度高,高溫強(qiáng)度好。 金屬錫柔軟,易彎曲,176。C,沸點(diǎn)2260176。C。有三種同素異形體:白錫為四方晶系, 克/立方厘米。,硬度2,延展性好;灰錫為金剛石形立方晶系, 克/立方厘米。;脆錫為正交晶系, 克/厘米。 具體物理性能如表1: 金屬粉末的配比粉末配混是根據(jù)產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各種金屬粉末及添加物(如油酸熔點(diǎn)是286℃等)進(jìn)行充分地混合,此工序通過(guò)混粉機(jī)完成。添加物的加入主要在于改善混合粉的成形技術(shù)特征?;旌戏鄣奶匦猿S没靹蚨缺硎尽;靹蚨仍酱螅硎净旌显骄鶆?;也就越有利于制品的性能要求。但粉末混合過(guò)程須謹(jǐn)慎,太激烈的混合將會(huì)引起變形硬化、顆粒相互磨損、起層等,故一定要按照成形技術(shù)要求和規(guī)范進(jìn)行。本設(shè)計(jì)所采用的磨介為顆粒狀黑色αSiC燒結(jié)球,含SiC97%以上。其硬度介于剛玉和金剛石之間,機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉,可作為磨料和其他工業(yè)材料使用。在本實(shí)驗(yàn)中各樣品的磨料比為4:1在成型前,粉末混合料中常常要添加一些能改善成形過(guò)程的物質(zhì),即潤(rùn)滑劑和成型劑。添加劑對(duì)制品成型于質(zhì)量有著重要的影響,其中油酸主要在機(jī)械合金化的過(guò)程中起到溶劑的作用,選用這該種溶劑主要是考慮到它們不與物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),且沸點(diǎn)低易揮發(fā),無(wú)毒,對(duì)混合后粉末的松裝密度影響不大,來(lái)源廣泛,成本低。本設(shè)計(jì)所添加的成形劑為聚乙烯醇,潤(rùn)滑劑為甘油,濕混液體介質(zhì)為無(wú)水乙醇,設(shè)計(jì)中原料配比如下表52:表52:粉末冶金原料配比樣品abc總質(zhì)量/g438438783Cu含量/%838485W 含量/%12108Sn含量/%567Cu質(zhì)量/gW 質(zhì)量/gSn質(zhì)量/g聚乙烯醇/g油酸/g無(wú)水乙醇/mL適量適量適量 注:(1)粉體的總質(zhì)量為銅(Cu)、錫(Sn)、鎢(W)質(zhì)量,添加劑(即所加的油酸)不包括在內(nèi)。此次課程設(shè)計(jì)的銅(Cu)、錫(Sn)、鎢(W)三種金屬粉末的配比屬于探索性的實(shí)踐,并無(wú)成功的確切數(shù)據(jù)可以參考,因此,我們?cè)诓殚喯嚓P(guān)資料,參考其它相關(guān)銅合金,我們了解到錫青銅是以錫為主要元素的銅合金,錫在銅中可形成固溶體,也可以形成金屬化合物,因此錫的含量不同, 含量的增加而升高,當(dāng)Sn 的含量6%時(shí),伸長(zhǎng)率就開(kāi)始降低,當(dāng)Sn 的含量 20%時(shí),因組織中出現(xiàn)大量的δ 相。合金變脆,強(qiáng)度也隨之降低。工業(yè)用錫青銅的Sn 含量均在3%14%之間,很少能達(dá)到20%。Sn 含量78%的合金,有高的塑性和較高的強(qiáng)度,適用于塑性加工,Sn 含量10%的合金。因塑性低,只適用于鑄造。 機(jī)械合金化相關(guān)參數(shù)的設(shè)定 機(jī)械合金化是一種高能球磨法,用這種方法可制造具有可控顯微組織的復(fù)合金屬粉末。它是在高速攪拌磨的條件下,利用金屬粉末混合物的重復(fù)冷焊和斷裂進(jìn)行機(jī)械合金化的。機(jī)械合金化和機(jī)械粉碎由于目的的不同,所以工藝參數(shù)的選擇有較大的差別。機(jī)械粉碎主要以粉碎為目的,而機(jī)械合金化除粉碎外,各種成分的均勻混合、揉搓、冷焊也是非常重要的。影響機(jī)械合金化的主要因素有:球磨機(jī)轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間、球磨介質(zhì)的選擇、球料比和填充系數(shù)、球磨氣氛、工藝控制劑和球磨溫度。考慮到課程設(shè)計(jì)的時(shí)間緊迫,設(shè)定機(jī)械合金化所用的時(shí)間為4h。由于球磨機(jī)的容量有限,加入里面的物質(zhì)較多,所以在磨的時(shí)候,我們把磨料比按4:1加入。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為250r/min。 機(jī)械合金化的設(shè)備 攪拌球磨機(jī) 將球磨介質(zhì)和物料按一定比例裝人球磨桶,在主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,攪拌軸帶動(dòng)攪拌器產(chǎn)生的高速運(yùn)動(dòng)力使研磨介質(zhì)球與被粉碎物料作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),介質(zhì)球和物料之間發(fā)生相互撞擊、摩擦和剪切,全部動(dòng)能均有效地用于物料的破碎,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的超細(xì)粉碎。裝料、取料和工作時(shí)攪拌器研磨裝置連同電機(jī)一起通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降,并由限位套和滑塊固定螺釘限位。攪拌球磨機(jī)的球磨時(shí)間主要取決于被加工物料的特性,如原始粒度、硬度、添加料的數(shù)量和料與乙醇的比例,也取決于球磨介質(zhì)的物性,如介質(zhì)的直徑、真密度和硬度,以及轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和攪拌器的形式。針對(duì)不同的被粉碎物料選取不同的球磨介質(zhì)、轉(zhuǎn)機(jī)械合金化的過(guò)程。 電熱恒溫干燥箱 電熱恒溫干燥箱外殼由鋼板沖壓折制、焊接成型,外殼表面采用高強(qiáng)度的靜電噴塑涂裝處理,漆膜光滑牢固,工作室采用碳鋼板或鏡面不銹鋼板折制而成,工作室與外殼之間填充保溫棉。工作室的內(nèi)部放有擱板,用來(lái)放置各種試驗(yàn)物品,工作室的底部裝有電加熱元件并有進(jìn)氣孔。冷空氣經(jīng)過(guò)加熱后從工作室底的兩側(cè)風(fēng)孔進(jìn)入工作室,再?gòu)墓ぷ魇翼敳颗懦?,形成自然?duì)流,從而保證工作室內(nèi)部溫度均勻。門(mén)封條采用硅橡膠條密封,箱門(mén)上設(shè)有可供觀察用的雙層鋼化玻璃視鏡,外殼的頂部設(shè)有排氣孔,排氣量的大小可以自行調(diào)節(jié)。電熱恒溫干燥箱外殼的底部為電器箱,電器箱的前面板上裝有溫度控制儀、電源開(kāi)關(guān)等,電器箱內(nèi)裝有電器元件。 機(jī)械合金化的過(guò)程 選用原料及其用量 金屬粉末: 銅粉,錫粉,鎢粉。 添加劑:聚乙烯醇,油酸。其質(zhì)量配比同表52。 混料 使用電子天平稱(chēng)取所需的粉料量,要求一人進(jìn)行操作,在托盤(pán)上將粉料混合到一起放入球磨機(jī)料桶中。 磨料 ,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為250r/min。 干燥 設(shè)定干燥箱的干燥溫度為120℃,將得到的粉末在此溫度下加熱保溫4個(gè)小時(shí)后自然冷卻。其干燥曲線如下圖示:六、成型工藝 制取的粉末經(jīng)過(guò)篩分與混合混料均勻,并加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇┰龠M(jìn)行壓制成型,顆粒間的原子通過(guò)固相擴(kuò)散和機(jī)械咬合作用使制件結(jié)合為具有一定強(qiáng)度的整體。壓力越大則制件密度越大,強(qiáng)度相應(yīng)增加。有時(shí)為減小壓力和增加制件密度,也可采用熱等靜壓成型的方法。粉末的壓制成型是主要且基本的工序,其過(guò)程包括稱(chēng)粉、裝粉、壓制、保壓及脫模等。壓制成型的方法有很多種如鋼模壓制、流體等靜壓制、三向壓制、粉末鍛造、擠壓、震動(dòng)壓制、高能率成形等。本次試驗(yàn)采用單向壓制通過(guò)單向加壓成型制備紀(jì)念牌。1)制得一定形狀和尺寸的壓坯,并使具有一定的密度和強(qiáng)度,成型方法為加壓成型中最多用的模壓成型。2)粉末壓制(這里主要指粉末冶金)是用金屬粉末(或者金屬和非金屬粉末的混合物)作原料,經(jīng)壓制成型后燒結(jié)后制的各種類(lèi)型的零件和產(chǎn)品的方法。3)顆粒狀材料兼有固體和液體的雙重性,即整體具有一定的流動(dòng)性和每個(gè)顆粒的塑性,正式利用這種特性來(lái)實(shí)現(xiàn)粉末的成型,獲得所需的產(chǎn)品。1)能夠生產(chǎn)出其他方法不能或難以制造的產(chǎn)品??梢灾迫∠耠y熔極硬和特殊性能的材料。2)材料的利用率很高,接近100%。3)雖然用其他方法可以制造,但是粉末冶金更為經(jīng)濟(jì)。4)一般來(lái)說(shuō),金屬粉末的價(jià)格較高,粉末冶金的設(shè)備和模具投資較大,零件的幾何形狀受一定限制,因此適用于大批量生產(chǎn)的零件。成型劑是為了改善粉末成型性能而添加的物質(zhì),可以增加壓坯強(qiáng)度,防止粉末混合料離析以及消除壓坯內(nèi)的物理缺陷。潤(rùn)滑劑是降低粉末顆粒之間及粉末與模壁和模沖間的摩擦,改善密度分布,減少壓膜磨損和有利于脫模而添加的一種物質(zhì)。加入成型劑或潤(rùn)滑劑后,還可以明顯提高模具的壽命。在本次試驗(yàn)中,我們選擇了用水溶解了的聚乙烯醇和油酸作為成型劑以達(dá)到增塑和潤(rùn)滑的目的。本次試驗(yàn)所用的設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室的液壓式壓機(jī)(圖61),其最大壓力可達(dá)80噸,考慮目標(biāo)物(紀(jì)念牌)的尺寸及其原料的性能要求,選擇了最大壓力為20噸。每個(gè)紀(jì)念牌我們稱(chēng)取80克粉,其加壓方式為先快后慢,時(shí)間為60s,卸壓方式為先慢后快,時(shí)間為30s,保壓時(shí)間為1分鐘。在本次課程設(shè)計(jì)中由于屬于探索性的實(shí)踐,并無(wú)成功的確切數(shù)據(jù)可以參考,所以在成型時(shí)壓力并不是固定的一個(gè)值而是在不斷的變化。本次課程設(shè)計(jì)所做樣品的成型數(shù)據(jù)如表61:本次課
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