Порошкова металургія

На цьому етапі виробництва  контроль робиться візуально, працівником  який працює на цьому обладнанні.

Рисунок 1.8 – Вакуумна сушильна шафа одно- і двовалкова

 

Протирання. Після змішування шихти ми отримуємо конгломерати частинок. Для того, щоб їх розбити, а також для розділення на фракції потрібно їх протирати на протиральному ситі з сіткою №025.

Ця операція включає  в себе наступні етапи:

- розміщення суміші на протиральному ситі;

- ввімкнення установки на необхідний час;

- вивантаження суміші.

Змішування. У практиці порошкової металургії змышування потрібно для гомогенізації шихти за хімічним та гранулометричним складом.

У зв’язку з тим, що твердосплавні  суміші мають дуже малу пластичність – виникає потреба у введенні пластифікатора, який з одного боку виступає як зв’язуючий матеріал, а з іншого слугує  роль мастила зменшуючи тертя, як між частинками самого матеріалу так і між матеріалом і стінками прес-форми. У нашому випадку можна одночасно виконати операцію змішування та введення пластифікатора.

Найчастіше у промисловості  для твердосплавного виробництва  використовуються два види пластифікаторів: розчин синтетичного каучуку в бензині  та парафін.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.9 – Циліндричний шнековий змішувач

Перевага використання каучуку полягає в тому, що після  грануляції пластифікована суміш має  добру текучість, дає достатньо  високу міцність заготовок, що дозволяє використовувати у виробництві  високошвидкісні прес-автомати. Недоліком  є те, що після спікання у виробах  залишається 0,1–0,2% вільного вуглецю. Що уникнути виділення вуглецю використовують парафін, який дозволяє отримали більш міцні пресовки, за рахунок вищої пластичності можна використовувати більші тиски пресування без ризику появи розшарованих тріщин.

Але парафін має ряд  недоліків: менша еластичність, неможливість використання прес-автоматів у зв’язку  із малою текучістю пластифікованої  суміші. В нашому випадку, при масовому виробництві БП, раціональніше використовувати  розчин каучуку.

У випадку механічного  замішування шихти на пластифікаторі використовуємо синтетичний каучук, який додаємо до бензину у кількості 7–8% з розрахунку 120–150 см³/кг шихти. Для змішування будемо використовувати  шнековий змішувач (Рис.1.9).

Пресування. Ущільнення з метою надання виробу форми та розміру під дією тиску. Перетворення сипучого порошкового тіла в компактне відбувається за рахунок схоплювання, прилипання, механічного щеплення або склеювання частинок порошку через введення пластифікатора. Процес ущільнення може бути умовно розподілений на три стадії. На першій стадії ущільнення відбувається структурна деформація: руйнування арок та містків, які утворюються в результаті вільної засипки порошку, і заповнення пустот. Цей процес супроводжується відносним переміщенням частинок і більш щільною їх укладкою без помітної деформації.

Після укладки частинок до найбільш щільної упаковки розпочинається друга стадія ущільнення. Вона супроводжується  пружною деформацією та крихким  руйнуванням частинок. На цій стадії матеріал спочатку деформується

 пружно і при досягненні  межі пружності, деформація переходить  в крихке руйнування. У нашому  випадку при формування твердосплавних  сумішей використовується пластифікатор  це пов’язано з тим, що карбід  титану має досить високий  модуль пружності і деформувати  його у прес-формі практично  неможливо, так як пластичним  деформаціям він не піддається, а ущільнювати порошок за рахунок крихкого руйнування і більш щільного укладення частинок теж неможливо у зв’язку з використанням частинок особливо дрібної фракції.

Третій етап ущільнення – обтиснення компактного матеріалу. В реальних умовах при ущільненні порошкових матеріалів третій етап не досягається. Пластифікатор зменшує тертя між частинками, сприяє більш щільній їх упаковці і отриманню рівномірної щільності по об’єму виробу. З іншого боку, пластифікатор відіграє роль зв’язуючого, що забезпечує необхідний

рівень механічних властивостей. Враховуючи використання пластифікатора, тиски для пресування використовуємо незначні, але достатні для щільного укладення частинок і якісного склеювання їх пластифікатором. Найбільш оптимальний  тиск становить 100 МПа. Враховуючи, що виробництво  твердосплавних пластинок процес масовий, найбільш оптимально, для формування виробів, використовувати механічні прес-автомати.

Сушку спресованих заготівок. Проводять у вакуумних шафах (Рис.1.10) при температурі 120–140 градусів. 

 

Рисунок 1.10 – Горизонтальный вакуум-сушильный шкаф

                           

Попереднє спікання заготовок. Проводиться в захисному середовищі гостро-осушеного водню при температурі 550–600 градусів. В результаті проходить видалення пластифікатору (каучуку та добавок парафіну) та довідновлення легковідновлюванних окислів. Нагрів відбувається поступово та з невеликою швидкістю. При цьому відбувається поступове плавлення пластифікатора і його подальше випаровування, а при більш високих температурах можливе безпосереднє вигорання зв’язуючого. Процес нагріву необхідно проводити з такою швидкістю щоб потоки парів і газів, що виділяються не порушували цілісність заготовки. Після виведення пластифікатора заготовки готові до остаточного спікання.

Остаточне спікання. Спікання при виготовленні спечених твердих сплавів відноситься до процесів, при якому у матеріалі з’являється певна кількість рідкої фази. У зв’язку з цим доцільно розглянути деякі особливості процесу спікання у присутності рідкої фази.

Система ТіС-Ni-Мо являється  прикладом системи, у якій сплав  формується в результаті спікання в  присутності рідкої фази, що утворюється  на основі легкоплавкої складової –  нікелевої зв’язки і характеризується наступними признаками:

- тверда частково розчиняється в рідині;

- спостерігається повне змочування твердої фази рідкою;

Температура спікання в  вакуумних печах складає 1370 °С для  сплаву ТН-20, що вище температури утворення  евтектики для відповідних систем карбіду титану з зв’язкою нікелем приблизно на 90 °С.

На початкових етапах після  появи рідкої фази ущільнення йде  переважно за рахунок капілярних сил, але в результаті досліджень Герленда, Нельсона і Мілнера було показано, що найбільший внесок у процес ущільнення робить

процес перекристалізації карбідних  зерен через рідку фазу і твердо фазне 

спікання. Таким чином найбільш ефективним, у промислових умовах, спікання

буде , якщо проводити його 1370–1450 °С протягом 0,5–2 години. При цьому усі стадії спікання будуть проходити найбільш інтенсивно. Спікання слід проводити у вакуумі.

Для спікання сплавів ТН використовують вертикальні вакуумні печі безперевної та переодичної  дії, індукційні чи печі опору.

 

1.4 Розрахунок і складання балансу матеріалу

Основний вихідний параметр для розрахунку матеріалів і складання  матеріального балансу по окремих операціях у всьому технологічному процесі – продуктивність дільниці або так зване річне завдання (річний план випуску продукції), яке складає    80      тонн продукції в рік.

Для визначення добової  продуктивності розраховуємо фонд часу роботи устаткування. Для цього обчислюємо число днів в році, необхідне для планово-запобіжного ремонту. Це число днів визначаємо на підставі графіка планово-запобіжного ремонту. Для визначення дійсного фонду часу роботи устаткування з календарного числа днів в році віднімаємо число днів на планово-запобіжний ремонт і неробочі дні.

Визначивши кількість  робочих днів, розраховують добову продуктивність дільниці за сировиною або за готовою продукцією:

 

                                               A = 

 

де G – річний випуск продукції, кг;       n – кількість робочих днів на рік.

Річний випуск продукції  – 80000 кг/рік;

 

Таблиця 1.2 – Баланс часу роботи цеху

№	Елемент балансу	Кількість днів
1	Каледарна кількість днів	365
2	Час на планово-попереджувальний ремонт	12
3	Загалнонаціональні свята	9
4	Вихідні дні	104
5	Неробочу дні цеху	125
6	Робочі дні цеху	240

 

А==333,33

 

В процесі переробки  сировини до отримання товарної продукції  мають місце витрати механічні і технологічні. Тому для визначення добової продуктивності вводити матеріали в процес потрібно з деяким надлишком для компенсацій витрат.

Кількість матеріалу, що надходить  на початок процесу в перший день,з урахуванням майбутніх втрат, визначаємо за формулою:

=  100

де   φ – вихід придатного по всьому процесу.

Для розрахунку вилучення  необхідно врахувати втрати за всіма  операціями.

 

1.4.1 Вилучення прямого поопераційного витягу на кожній операції

Визначаємо  за формулою:

 

η = 100 - (a+b)

 

       де   а – зворотні втрати;

             b – незворотні втрати.

 

   = (0 + 0,05) = 99,95 %

 = 100 – (0 + 0,012) = 99,88 %

                                 = 100 – (0 + 0,15) = 99,85 %

                                = 100 – (0,6 + 0,2) = 99,2 %

                                 = 100 – (0 + 0,12) = 99,88 %

                                = 100 – (2,6 + 0,22) = 97,18 %

                                 = 100 – (0 + 0,13) = 99,87 %

                                 = 100 – (0,08 + 0) = 99,92 %

                                = 100 – (0,14 + 0) = 99,86 %

 

 

 

 

Незворотні  витрати          Вихідні матеріали               Звротні витрати

      

 

               0,05                                Дозування                                     0

            

              0,12                   змішування(мокрий розмел)                    0

 

             0,15                             вакуумна сушка                                0

              0,2                                    просів                                          0,6

            0,12                                змішування                                      0

            0,22                                  пресування                                   2,6

 

            0,13                                     сушка                                           0

 

            0,08                            попереднє спікання                             0

 

           0,14                             остаточне спікання                              0

 

                                                    Готовий виріб 

 

 

 

Рисунок 1.11 – Втрати на операціях з виготовлення сплавів ТН

 

 

 

1.4.2 Визначаємо загальний витяг на кожній операції відносно вихідного матеріалу

 

Розраховуємо  за формулою:

 

 

= = 99,95 %

   = = 99,95·99,88/100 = 99,83 %

  = 99,68 %

= = 98,88 %

= = 98,76 %

= = 96,58 %

= = 96,45 %

  = 95,67 %

=    95,53%

 

Визначимо кількість сировини, яка має надійти на початок  процесу в перший день. Для цього  використовуємо формулу :

 

 = 

 

А= кг.

 

 

 

 

1.4.3 Визначаємо втрати відносно вихідного матеріалу на кожній

             операції                 

 

Розрахунки проводимо  згідно формули:

                                        

                              ( )=( ( ) )/100,

 

 

= = 0;                                                    =в = 0,05;

= 0;                                                          = 0,12·99,95/100 = 0,119;                                                                                                                          

= 0;                                                          = 0,15·99,83/100 = 0,149;

=0,6·99,68/100 =0,598;                         =0,2·99,68/100 = 0,199;

= 0;                                                          = 0,12·98,88/100 = 0,118;

= 2,6·98,76/100 =2,567;                         = 0,22·98,76/100 = 0217;

= 0;                                                         = 0,13·96,58/100 = 0,125;

= 0;                                                          = 0,8·96,45/100 = 0,771;

= 0.                                                          = 0,14·95,67/100 = 0,133.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.4 Визначаємо абсолютні витрати

 

( )=( ( ))/100

 

Зворотні     (α),кг                                               Незворотні  (β), кг                                              

  = 0;                                                          = 348,56·0,05/100 = 0,174;