Механическое легирование
При механическом легировании получаются материалы, которые невозможно изготовить традиционными металлургическими методами. Типичными причинами этого являются значительные различия в температурах плавления компонентов сплава, недостаточная однородность вследствие различной плотности или несовместимость определенных элементов в жидком состоянии.
Чтобы обойти эти ограничения, исходные материалы переводятся в состояние с очень большой удельной поверхностью. Затем они представляют собой мелкий порошок, который можно смешивать в точно определенных пропорциях. В прецизионных смесителях, например, типа amixon, эти порошки могут быть переработаны в однородную смесь с практически идеальным качеством смешивания. Равномерное распределение частиц имеет решающее значение для получения однородной микроструктуры и равномерных механических свойств в уплотненном материале.
После смешивания существуют различные методы уплотнения порошка. К ним относятся экструзия, таблетирование, вальцовое уплотнение и изостатическое прессование. В то время как первые методы основаны на направленном механическом воздействии, изостатическое прессование характеризуется равномерным давлением на всю заготовку.
При изостатическом прессовании порошки заполняют в гибкие трубчатые оболочки. Эти оболочки герметично закрывают и помещают в водонапорную ванну. Повышение давления воды обеспечивает равномерную нагрузку на упаковку со всех сторон. Поэтому этот процесс называется изостатическим прессованием. Таким образом получаются очень плотные и высокопрочные заготовки, которые в дальнейшем можно обрабатывать с помощью резания.
Кроме того, механическое легирование может быть начато уже в процессе смешивания.. amixon® производит соответствующие интенсивные смесители. Они особенно подходят для абразивных порошков. Переработка осуществляется путем дезагломерации, а также путем ударного и сдвигового воздействия на частицы. На микроскопическом уровне это может стимулировать процессы диффузии и прочные связи между частицами. Результатом являются мелкозернистые и часто наноструктурированные материалы с особыми свойствами, такими как высокая прочность, твердость или коррозионная стойкость.
Механическое легирование в сочетании с нанотехнологиями открывает новые возможности в разработке материалов, особенно в случае комбинаций материалов, которые не поддаются традиционному легированию.
Уравнения уплотнения в порошковой металлургии
Эмпирическая уравнение уплотнения по Балшину
Это уравнение описывает взаимосвязь между относительной плотностью порошка и приложенным давлением прессования:
ρ / ρₛ = C · (p / p₀)ⁿ
Значение:
ρ = текущая плотность уплотненного порошка
ρₛ = теоретическая плотность твердого материала
p = приложенное давление прессования
p₀ = эталонное давление
C, n = эмпирические константы (зависят от материала, размера зерен, смазки, направления прессования)
Эта формула часто используется при холодном уплотнении и описывает типичный экспоненциальный рост плотности с увеличением давления.
уравнение Хекеля
Уравнение Хекеля — одна из самых известных формул, описывающих пластическую деформацию металлических порошков под давлением.
ln(1 / (1 − D)) = K · P + A
Значение:
D = ρ / ρₛ = относительная плотность
P = давление прессования
K = константа материала (обратная величина к напряжению текучести)
A = эмпирическая константа (зависит от уплотнения частиц и трения)
Линейная область этой зависимости используется для характеристики пластического поведения порошка. Обратная величина K приблизительно соответствует напряжению текучести порошка во время уплотнения.
уравнение Кавакита
Это уравнение особенно часто используется для порошкообразных веществ с высокой сжимаемостью (в том числе для фармацевтических или керамических порошков):
P / C = 1 / (a·b) + P / a
Значение:
P = давление сжатия
C = (V₀ − V) / V₀ = относительное уменьшение объема
V₀ = начальный объем
V = объем после сжатия
a, b = константы материала
a описывает максимально возможную сжимаемость, b связано с чувствительностью к давлению.