Влияние газовой атмосферы и состава засыпки при спекании на свойства сплавов

Одной из технологических задач в ходе операции спекания является сохранение заданного состава сплавов, который может при этом изменяться главным образом по содержанию углерода. Нарушение состава по углероду, особенно, если оно приводит к появлению в сплавах новых фаз, нежелательно, гак как может существенно отразиться на свойствах сплавов.

Ниже рассматриваются возможные причины изменения содержания углерода в сплавах при спекании в атмосфере водорода.

Уменьшение содержания углерода иногда приписывается действию собственно водорода. Так, Дж. Мейер и В. Эйлендер наблюдали обезуглероживание смеси карбида вольфрама с кобальтом в токе водорода во время предварительного спекания (при 800... 1000 °С) спрессованных заготовок. Из термодинамических расчетов следует, что при этих, а также более высоких температурах, реакция обезуглероживания монокарбида вольфрама водородом (с образованием метана) не должна протекать, как это следует из кривой зависимости изменения свободной энергии реакции от температуры. Экспериментальная проверка этого положения показала, что при 800... 1000 °С в сухом чистом водороде карбид вольфрама не теряет углерода.

Исследование влияния водорода, содержащего различные количества влаги на потерю углерода карбидом вольфрама разной зернистости, и его смесью с 6 % Со, приведено Сприггсом. Автор указывает, что в го время как для относительно крупнозернистых порошков, подвергнутых лишь кратковременному (4 ч) сухому размолу, обезуглероживания в этих условиях не наступает, для более мелкозернистых порошков, подвергнутых мокрому размолу в течение 64 ч, происходит потеря углерода даже при использовании наиболее сухого водорода.

При прокаливании порошков карбида вольфрама в водороде, содержащем примеси влаги и кислорода, происходит обезуглероживание. Степень обезуглероживания зависит от количества этих примесей, дисперсности порошка, температуры прокаливания. Для подвергнутых размолу порошков потери углерода даже в наиболее чистом водороде (содержание влаги 40...70 мг/м кислорода 3 • 10 4 %) достигает 11 %. С повышением температуры опыта от 850 до 1160 °С потери углерода резко возрастают во всех случаях, однако при 1400 °С они меньше, чем при 1160 °С. Последнее обстоятельство авторы объясняют загрублением порошков при столь высокой температуре прокаливания.

Учитывая все приведенные данные, можно отметить, что смеси WC-Co при спекании в водороде обезуглероживаются главным образом вследствие наличия в них примесей паров воды или кислорода. Обезуглероживание может протекать как при предварительном спекании - до 1000 °С, так и при окончательном - при более высоких температурах. Следовательно, чтобы свести к минимуму обезуглероживание спекаемых изделий, следует пользоваться, возможно, более сухим водородом, содержащим минимальное количество кислорода.

Карбид титана более устойчив против действия водорода, чем WC, и поэтому нельзя ожидать аналогичного влияния водородной атмосферы при спекании на сплавы, содержащие карбид титана. Реакция взаимодействия карбида титана с парами воды с образованием ТЮ по уравнению TiC + ЬЬО <-» TiO + Hi + С термодинамически возможна при относительно низких температурах, по крайней мере до 1500 °С, как это следует из зависимости изменения свободной энер- гии реакции от температуры.

При взаимодействии карбида титана с водородом, содержащим примеси влаги и кислорода, имеются потери углерода. Наиболее значительные потери углерода наблюдаются при температурах прокаливания 1160 и 1400 °С в зависимости от дисперсности порошка. При 1160°С потери составляют 2...9%, а при 1400 °С - 6... 12%. Лишь при 850 °С и наиболее чистом водороде углерод практически сохраняется. В присутствии кобальта степень обезуглероживания карбида титана возрастает, и даже в наиболее чистом водороде при 1400 °С порошок карбида титана, размолотый в течение 48...96 ч, теряет 18...35 % углерода.

На основании этих данных можно предположить, что обезуглероживание смесей (Ti, W)C + WC + Со при предварительном спекании в производстве происходит за счет потери углерода карбидом вольфрама.

Технологическим приемом, направленным к защите изделий от нежелательного воздействия атмосферы печи, является применение гак называемых засыпок (порошкообразных веществ), слоем которых покрывают заготовки и отделяют их от стенок контейнера (засыпка также предохраняет заготовки от слипания при спекании).

Состав засыпки выбирают таким образом, чтобы с ее помощью в непосредственной близости от спекаемого изделия создать наиболее благоприятную атмосферу. Для зашиты изделий от обезуглероживающего действия влажного или содержащего кислород водорода (технический водород обычно содержит эти примеси) обычно применяют графитовую крупку. При взаимодействии измельченного графита с водородом вокруг заготовки создается атмосфера углеродсодержащих газов. Если, наоборот, заготовки легко подвергаются науглероживанию, то необходимо избежать соприкосновения их с графитовыми контейнерами. В этих случаях в качестве засыпки обычно применяют порошок плавленого оксида алюминия (так называемого электрокорунда или корракса) - тугоплавкого, инертного в этих условиях вещества. Однако при применении чистого оксида алюминия возможно и обезуглероживание. При соприкосновении с накаленными графитовыми контейнерами водород, хотя и обогащается углеводородом, но не всегда может нейтрализовать окисляющее действие примеси паров воды в водороде. В таких случаях для создания слабо науглероживающей атмосферы применяют смесь оксида алюминия с графитовым порошком. При некоторых постоянных условиях спекания (количество примесей в водороде, скорость пропускания его через печь) можно подобрать нужные соотношения графитовой крупки и порошка оксида алюминия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >