Секция 5. Кузнечно-штамповочное производство
446
Для прессования нанопорошков при комнатной температуре в основном используют:
одноосное статическое прессование [34, 35], прессование in-situ в камере синтеза порошка [36],
динамическое магнитно-импульсное прессование [37, 38], всестороннее (изостатическое)
прессование [6], ультразвуковое компактирование [39, 40], интенсивная пластическая деформация
[41], прокатка лент [42]. Разработаны также и другие методы уплотнения нанопорошков:
центрифугирование [14], осмотическая консолидация [14], фильтрация под давлением [14], литье
или прокатка лент и пленок [38], электрофорез [16].
Закономерности консолидации порошков с размером частиц более 1 мкм достаточно полно
исследованы, но процессы консолидации нанопорошков имеют свои особенности. Среди
основных проблем при консолидации нанопорошков можно выделить их высокую активность
(
например, пирофорность металлических порошков), значительный рост зерен при спекании,
агломерацию нанопорошков, наличие примесей, повышенную адгезию частиц, трудности при
изготовлении длинномерных заготовок. Целью прессования является формование высокоплотной
и однородной по плотности заготовки, поскольку неоднородность плотности прессовки приводит
к появлению дефектов в спеченном образце (в конечном изделии).
Результаты экспериментальных исследований показали, что нанопорошки уплотняются
значительно труднее, чем порошки с размером частиц около микрона и более. Особенно резко
давление прессования возрастает при размерах частиц менее 100 нм [2]. На диаграммах холодного
прессования нанопорошков можно выделить стадии интенсивного и слабого уплотнения. На
первой стадии происходит проскальзывание и перегруппировка частиц, а на второй - упругое
сжатие частиц в местах контакта, пластическая деформация пластичных и разрушение хрупких
частиц. Межчастичное (адгезионное) трение, а также трение частиц с матрицей, оказывают
значительное влияние на уплотнение нанопорошков при холодном прессовании. Вследствие
значительного трения, скольжение и перегруппировка наночастиц затруднены, поэтому
нанопорошки более склонны к образованию дефектов при прессовании, чем обычные порошки.
Кроме того, наночастицы не содержат дислокаций, что затрудняет их пластическую деформацию,
поэтому уменьшение размера частиц приводит к снижению плотности компактов при одинаковом
давлении прессования. Вклад пластической деформации в уплотнение нанопорошков
незначителен.
Прессовки с низкой плотностью не имеют достаточную, для технологической манипуляции
с ними, прочность. Приложение высоких давлений приводит к появлению трещин расслаивания
при дальнейшей обработке. Поэтому для получения прессовок с однородной плотностью
необходимо определять оптимальные режимы прессования.
Наиболее часто встречающимся и наиболее опасным видом брака при прессовании
являются поперечные трещины. Появление трещин в основном обусловлено превышением
механических напряжений в прессовке некоторого критического значения, характерного для
данного конкретного материала. Эти механические напряжения складываются из остаточных
напряжений, существующих в прессовке независимо от внешних нагрузок, и напряжений,
действующих при выталкивании образца со стороны матрицы и выталкивающего пуансона.
Появление трещин обусловлено рядом причин. При выталкивании прессовки из матрицы
происходит расширение прессовки при выходе из матрицы и сжатие самой матрицы. Трещины
образуются на границе действия деформаций, вызванных указанными процессами.
Неравноплотность также приводит к появлению трещин расслаивания, так как неравноплотные
участки имеют неодинаковую величину упругого расширения.
Так как источником появления трещин является высокий уровень механических
напряжений, то и одним из основных путей обеспечения бездефектности изделия можно считать