Prasowanie ma na celu formowanie wyprasek o określonych wymiarach i kształcie oraz odpowiedniej gęstości i własnościach fizyko-chemicznych.

Przebieg procesu prasowania:

Prasowanie proszków przeprowadza się w matrycach. Odmierzona ilość proszku po zasypaniu do matrycy zagęszczana jest naciskiem stempla. Rysunek (schemat matrycy)

(1-korpus matrycy, 2-stempel prasujący, 3-stempel dolny, 4-prasowany proszek) Sprasowana kształtka jest następnie wypychana z matrycy.

Podczas prasowania proszek nasypany luźno do matrycy zmniejsza często dwu- lub trzykrotnie swoją objętość ulegając zagęszczeniu. . Proszek zajmuje tylko 1/6 - 2/5 objętości matrycy w zależności od jego gęstości nasypowej. Powierzchnia styku ziarn po luźnym zasypaniu jest bardzo mała. Ponadto liczne powstające mostki powodują zwiększenie porowatości nasypanego proszku. Porowatość warstwy luźno zasypanego proszku jest uzależniona od kształtu i wielkości cząstek proszku. Dla drobnoziarnistych proszków o nieregularnym kształcie cząstek może ona dochodzić do 90%. Zmniejszenie porowatości zasypanego proszku można uzyskać przez odpowiedni dobór ziarnistości proszku, np. mieszając proszek gruboziarnisty z drobnoziarnistym, którego cząstki wchodzą w luki pomiędzy dużymi cząstkami. Duże znaczenie ma powierzchnia styku między cząstkami proszku.

Zjawiska zachodzące podczas prasowania proszku:

*zbliżanie cząstek proszku na odległości umożliwiające działanie adhezji ;

**powiększenie styku cząstek przez wzajemne ich zbliżanie ;

***powiększenie styku cząstek przez odkształcenie plastyczne ;

****zdzieranie powłok tlenkowych przez wzajemne tarcie sąsiadujących ze sobą cząstek powodujące odsłonięcie czystych, aktywnych powierzchni metalicznych ;

*****powstanie lokalnych punktów „ciśnieniowo topliwych” o podwyższonej temp. umożliwiających dyfuzję powierzchniową.

Etapy procesu prasowania:

*w początkowym etapie prasowania przy niskich ciśnieniach następuje załamywanie i likwidacja mostków utworzonych przy zasypywaniu, oraz ściślejsze ułożenie cząstek dzięki wzajemnym poślizgom i obrotom poszczególnych cząstek. Duży wpływ na uzyskaną gęstość wypraski ma kształt i tarcie pomiędzy przemieszczającymi się cząstkami. Gęstości wyprasek prasowanych niskimi ciśnieniami są bardzo nierównomierne, występują duże różnice zwłaszcza pomiędzy materiałem przylegającym do ścian a środkiem próbki.

**podczas prasowania wyższymi ciśnieniami ma miejsce odkształcenie plastyczne cząstek proszku. deformacja cząstek proszku rozpoczyna się w miejscach styku poszczególnych cząstek a następnie rozprzestrzenia się w ich głąb. W czasie prasowania proszków kruchych nie występuje deformacja plastyczna ani kruszenie cząstek.

ro - gęstość względna wypraski; d-gęstość rzeczywista wypraski; d_t- gęstość teoretyczna wypraski. Zależność przedstawia rys 3. - wykres prasowania.

Opis: Największy wzrost gęstości ma miejsce w zakresie ciśnień prasowania 3-5 T/cm² (300-500 MPa), a potem przyrost gęstości maleje i w zakresie ciśnień 10-15 T/cm² (1000-1500 MPa) praktycznie nie obserwuje się dalszego wzrostu gęstości. [Proszki plastyczne - srebro, miedź łatwo poddają się prasowaniu. Proszki metali twardych - chrom, molibden lub związki trudnotopliwe jest bardzo utrudnione. Wiąże się to ze skłonnością danego materiału do deformacji plastycznej. Na porowatość ma wpływ: - kształt, wielkość cząstek, stan ich powierzchni. Dlatego dla każdego rodzaju proszków sporządza się wykresy prasowania.]

Ciśnienie promieniowe:

Wskutek tarcia pomiędzy cząstkami rozkład ciśnienia nie jest równomierny w całej wyprasce. W kierunku prostopadłym do kierunku prasowania ciśnienie jest mniejsze. Ciśnienie promieniowe nie jest stałe; jego wartość zmienia się w zależności od wysokości wypraski. W miarę oddalania się od powierzchni stempla zmniejsza się ciśnienie osiowe wskutek tarcia, a tym samym maleje również ciśnienie promieniowe. Ciśnienie promieniowe:

p_r ciśn. promieniowe; p-ciśń. prasowania; v-współ. Poissona; E-współ. ciśń. promieniowego

Straty ciśnienia na pokonanie tarcia:

Część ciśnienia jest zużyta jest na pokonanie sił: tarcia wewnętrznego i zewnętrznego. Tarcie wewnętrzne jest to tarcie pomiędzy poszczególnym cząstkami proszku. Tarcie zewnętrzne - tarcie proszku o ścianki matrycy.

Straty ciśnienia na tarcie zależą od:

*współczynnika tarcia między proszkiem a matrycą

**skłonności do łączenia się tych materiałów

***dokładności wykonania ścianek matrycy

****wysokości i średnicy matrycy

*****zastosowanych środków poślizgowych.

Straty ciśnieina na tarcie o ścianki matrycy wahają się w granicach 60-90%

Współczynnik tarcia wewnętrznego jest znacznie wyższy od wspoł. tarcia o ścianki matrycy i nie zależy w zasadzie od ciśnienia prasowania. Natomiast na współ. tarcia wewn. b. silny wpływ ma kształt i wielkość cząstek. Środki poślizgowe obniżają straty ciśnienia na tarcie.

Rozkład gęstości w wypraskach:

Na wskutek strat na tarcie ciśń. osiowe maleje w miarę oddalania się od powierzchni stempla prasującego. Rozkł. gęstości w wypraskach jest nierównomierny. Najwyższą gęstość uzyskuje się w warstwach górnych przylegających w czasie prasowania do stempla przez który przenoszony jest nacisk. W miarę oddalania się od powierzchni stempla gęstość maleje. Na rozkład gęstości prasowanej kształtki wpływają jej wymiary. Im mniejszy jest stosunek h/d (h- wysokość, d-średnica) tym bardziej równomierny jest rozkład gęstości. Bardziej równomierny rozkład gęstości uzyskuje się przy dwustronnym prasowaniu. Rozkład gęstości w próbkach jedno i dwustronnie prasowanych - rysunek 4. (1- proszek Cu prasowany jednostronnie, 2- proszek Cu+ środek poślizgowy prasowany jednostronnie 3- proszek prasowany dwustronnie).

[ Dwustronne prasowanie stosuje się: h/d >1 lub przy prasowaniu tulei h/s>3 s - grubość ścianki tulei. ]

Ciśnienie wypychania:

Przez ciśnienie wypychania rozumie się siłę konieczną do wypchnięcia wypraski z matrycy odniesioną do jednostki powierzchni bocznej wypraski (MPa). Ciśnienie wypychania jest proporcjonalne do ciśnienia prasowania i zależy od współczynnika tarcia cząstek o ścianki matrycy i współczynnika Poisona. Ciśnienie wypychania proszków plastycznych jest większe niż materiałów kruchych. Wzrasta ono wraz ze zwiększeniem wysokości wypraski natomiast dodatek środków poślizgowych obniża ciśnienie wypychania. Duży wpływ ma także gładkość ścianek matrycy i sztywność konstrukcji matrycy.

Rozprężenie wyprasek:

Przez rozprężenie wyprasek określa się zmiany wymiarów wyprasek pod wpływem naprężeń wewnętrznych po usunięciu ciśnienia prasowania i po wypchnięciu wypraski z matrycy. Rozprężenie polega na zwiększeniu wymiarów zgodnych z kierunkiem prasowania i prostopadłych do niego. Rozprężanie jest tym większe im twardszy jest proszek.

Zależy od:

-ciśnienia prasowania (rośnie z jego wzrostem); ziarnistości proszków (zmniejszenie ziarnistości zwiększa rozprężenie); zawartości tlenków (zwiększenie zawartości zwiększa rozpr.); kształtu cząstek ; twardości cząstek; stosowanych środków poślizgowych (ich dodatek zmniejsza rozprężenie np. stearynianów i kwasu stearynowego).

Wielkość rozprężenia wyraża się wzorami:

r₀,r_p- rozprężenie osiowe i promieniowe

H₁,D₁- wysokość i średnica wypraski po wypchnięciu jej z matrycy

H₀,D₀- wysokość i średnica wypraski przed usunięciem ciśnienia prasowania

Czynniki wpływające na proces prasowania i gęstości uzyskanych wyprasek:

*charakterystyka proszków - przy jednakowym ciśnieniu prasowania gęstość zależy od wielkości cząstek, im bardziej drobnoziarnisty proszek tym gęstość wypraski niższa. Proszki drobnoziarniste charakteryzują się dużym współ. tarcia wewn., co wywołuje straty ciśnienia prasownia. Na proces prasownia wpływa również kształt cząstek i stopień utlenienia. Im bardziej rozwinięta powierzchnia cząstek i stopień utlenienia większy tym niższa jest gęstość wyprasek.

**stosowanie mieszanek proszków - wpływ dodatków na własności prasowalnicze zależą od ich rozdrobnienia, twardości i własności smarujących. Ogólnie można powiedzieć że proszki stopowe posiadają gorsze własności prasowalnicze niż czyste metale.

***wymiary wyprasek - zwiększenie wysokości wyprasek powoduje zwiększenie strat na pokonanie tarcia i wymaga wzrostu ciśnienia prasowania. W przypadku dużej wartości stosunku h/d występuje znaczna nierównomierność gęstości na przekroju wypraski.

****stosowanie środków poślizgowych - środki poślizgowe wprowadza się celem polepszenia prasowalności proszku. Wpływają one na: 1)zmniejszenie tarcia wewn. i zewn. ; 2)zmniejszenie ciśnienia wypychania ; 3)zmniejszenie skłonności przyczepiania się cząstek do ścianek matrycy. ; Środki poślizgowe dzieli się na dwie grupy: 1)obojętne (wazelina, gliceryna, parafina) ; 2)powierzchniowo-aktywne (kwas stearynowy, oleinowy, itp.). ; Środki poślizgowe wprowadza się do mieszanek zazwyczaj w postaci roztworów w organicznych rozpuszczalnikach, które przy suszeniu wymieszanego wsadu odparowują. Istnieją dwie możliwości wprowadzania środków poślizgowych: 1)smarowanie ścianek matrycy ; 2)wprowadzanie środków poślizgowych do proszku i wymieszanie. ; Ilość wprowadzonych środków poślizgowych zależy od wielkości cząstek proszku, ciśnienia prasowania i wielkości powierzchni tarcia. Środki poślizgowe obojętne wpływają jedynie na współczynnik tarcia i nie uczestniczą w samym procesie odkształcania cząstek proszku. Środki powierzchniowo aktywne oprócz zmniejszenia tarcia wpływają na ułatwienie deformacji cząstek proszku. Środki poślizgowe nie powinny obniżać własności technologicznych oraz zmieniać składu chemicznego porowatego materiału.

*****parametry procesu prasowania - zasadniczy wpływ na gęstość i wytrzymałość wyprasek posiadają: szybkość prasowania i czas działania nacisku. Mniejsza szybkość prasowania powoduje uzyskanie wyprasek o wyższej gęstości. Wytrzymanie pod obciążeniem doprowadza do większych odkształceń plastycznych na stykach cząstek i gęstość nieznacznie wzrasta. Celem uzyskania wysokiej gęstości i niedopuszczenia do zbyt dużego zużycia narzędzi stosuje się dwukrotne prasowanie i spiekanie.

Wytrzymałość wyprasek:

Związana jest z wzajemnym zazębianiem się i zaczepianiem cząstek oraz działaniem między atomowych sił przyciągania których wielkość uzależniona jest od powierzchni styku między cząstkami. Czynniki które doprowadzają do powstania większej powierzchni styków zwiększają również wytrzymałość wypraski. Wypraski wykonane z materiału o większej plastyczności będą posiadały większą wytrzymałość w porównaniu z wypraskami wykonanego z materiału twardego. Warstwy tlenków i obecność zbyt dużej ilości środków poślizgowych utrudniają tworzenie się metalicznych złącz a tym samym obniżają wytrzymałość wyprasek. Wytrzymałość wyprasek zależy również od ciśnienia prasowania oraz od wielkości i kształtu cząstek proszku. Proszki drobnoziarniste o rozwiniętej powierzchni charakteryzujące się niską gęstością nasypową mają wypraski o wyższej wytrzymałości w porównaniu z proszkami o regularnym kształcie i grubym ziarnie sprasowanymi na taką samą gęstość.

Wady wyprasek i przyczyny ich powstawania:

Do najczęściej spotykanych wad wyprasek należą pęknięcia zarówno w kierunku prasowania jak i w kierunku do niego prostopadłym. Przyczyny pęknięć: 1)stosowanie proszków o gładkich i regularnych ziarnach oraz dużej gęstości nasypowej ; 2)duży stopień utlenienia ; 3)wprowadzenie zbyt dużej ilości środków poślizgowych. ; Przyczyną pęknięć może być także za wysokie ciśnienie prasowania twardych proszków o dużym rozprężeniu, a także nierównomierne rozłożenie w całej objętości wypraski domieszek lub poszczególnych składników mieszanki proszków, nierównomierne zasypanie proszku przy prasowaniu wyprasek o skomplikowanym kształcie. Obok pęknięć mogą wystąpić też wykruszenia szczególnie przy niskich ciśnieniach prasowania, złej formowalności proszków i dużej wysokości wypraski. © by Ania & BŚ 2000

Prasowanie ma na celu formowanie wyprasek o określonych wymiarach i kształcie oraz odpowiedniej gęstości i własnościach fizyko-chemicznych.

Przebieg procesu prasowania:

Prasowanie proszków przeprowadza się w matrycach. Odmierzona ilość proszku po zasypaniu do matrycy zagęszczana jest naciskiem stempla. Rysunek (schemat matrycy)

(1-korpus matrycy, 2-stempel prasujący, 3-stempel dolny, 4-prasowany proszek) Sprasowana kształtka jest następnie wypychana z matrycy.

Podczas prasowania proszek nasypany luźno do matrycy zmniejsza często dwu- lub trzykrotnie swoją objętość ulegając zagęszczeniu. . Proszek zajmuje tylko 1/6 - 2/5 objętości matrycy w zależności od jego gęstości nasypowej. Powierzchnia styku ziarn po luźnym zasypaniu jest bardzo mała. Ponadto liczne powstające mostki powodują zwiększenie porowatości nasypanego proszku. Porowatość warstwy luźno zasypanego proszku jest uzależniona od kształtu i wielkości cząstek proszku. Dla drobnoziarnistych proszków o nieregularnym kształcie cząstek może ona dochodzić do 90%. Zmniejszenie porowatości zasypanego proszku można uzyskać przez odpowiedni dobór ziarnistości proszku, np. mieszając proszek gruboziarnisty z drobnoziarnistym, którego cząstki wchodzą w luki pomiędzy dużymi cząstkami. Duże znaczenie ma powierzchnia styku między cząstkami proszku.

Zjawiska zachodzące podczas prasowania proszku:

*zbliżanie cząstek proszku na odległości umożliwiające działanie adhezji ;

**powiększenie styku cząstek przez wzajemne ich zbliżanie ;

***powiększenie styku cząstek przez odkształcenie plastyczne ;

****zdzieranie powłok tlenkowych przez wzajemne tarcie sąsiadujących ze sobą cząstek powodujące odsłonięcie czystych, aktywnych powierzchni metalicznych ;

*****powstanie lokalnych punktów „ciśnieniowo topliwych” o podwyższonej temp. umożliwiających dyfuzję powierzchniową.

Etapy procesu prasowania:

*w początkowym etapie prasowania przy niskich ciśnieniach następuje załamywanie i likwidacja mostków utworzonych przy zasypywaniu, oraz ściślejsze ułożenie cząstek dzięki wzajemnym poślizgom i obrotom poszczególnych cząstek. Duży wpływ na uzyskaną gęstość wypraski ma kształt i tarcie pomiędzy przemieszczającymi się cząstkami. Gęstości wyprasek prasowanych niskimi ciśnieniami są bardzo nierównomierne, występują duże różnice zwłaszcza pomiędzy materiałem przylegającym do ścian a środkiem próbki.

**podczas prasowania wyższymi ciśnieniami ma miejsce odkształcenie plastyczne cząstek proszku. deformacja cząstek proszku rozpoczyna się w miejscach styku poszczególnych cząstek a następnie rozprzestrzenia się w ich głąb. W czasie prasowania proszków kruchych nie występuje deformacja plastyczna ani kruszenie cząstek.

ro - gęstość względna wypraski; d-gęstość rzeczywista wypraski; d_t- gęstość teoretyczna wypraski. Zależność przedstawia rys 3. - wykres prasowania.

Opis: Największy wzrost gęstości ma miejsce w zakresie ciśnień prasowania 3-5 T/cm² (300-500 MPa), a potem przyrost gęstości maleje i w zakresie ciśnień 10-15 T/cm² (1000-1500 MPa) praktycznie nie obserwuje się dalszego wzrostu gęstości. [Proszki plastyczne - srebro, miedź łatwo poddają się prasowaniu. Proszki metali twardych - chrom, molibden lub związki trudnotopliwe jest bardzo utrudnione. Wiąże się to ze skłonnością danego materiału do deformacji plastycznej. Na porowatość ma wpływ: - kształt, wielkość cząstek, stan ich powierzchni. Dlatego dla każdego rodzaju proszków sporządza się wykresy prasowania.]

Ciśnienie promieniowe:

Wskutek tarcia pomiędzy cząstkami rozkład ciśnienia nie jest równomierny w całej wyprasce. W kierunku prostopadłym do kierunku prasowania ciśnienie jest mniejsze. Ciśnienie promieniowe nie jest stałe; jego wartość zmienia się w zależności od wysokości wypraski. W miarę oddalania się od powierzchni stempla zmniejsza się ciśnienie osiowe wskutek tarcia, a tym samym maleje również ciśnienie promieniowe. Ciśnienie promieniowe:

p_r ciśn. promieniowe; p-ciśń. prasowania; v-współ. Poissona; E-współ. ciśń. promieniowego

Straty ciśnienia na pokonanie tarcia:

Część ciśnienia jest zużyta jest na pokonanie sił: tarcia wewnętrznego i zewnętrznego. Tarcie wewnętrzne jest to tarcie pomiędzy poszczególnym cząstkami proszku. Tarcie zewnętrzne - tarcie proszku o ścianki matrycy.

Straty ciśnienia na tarcie zależą od:

*współczynnika tarcia między proszkiem a matrycą

**skłonności do łączenia się tych materiałów

***dokładności wykonania ścianek matrycy

****wysokości i średnicy matrycy

*****zastosowanych środków poślizgowych.

Straty ciśnieina na tarcie o ścianki matrycy wahają się w granicach 60-90%

Współczynnik tarcia wewnętrznego jest znacznie wyższy od wspoł. tarcia o ścianki matrycy i nie zależy w zasadzie od ciśnienia prasowania. Natomiast na współ. tarcia wewn. b. silny wpływ ma kształt i wielkość cząstek. Środki poślizgowe obniżają straty ciśnienia na tarcie.

Rozkład gęstości w wypraskach:

Na wskutek strat na tarcie ciśń. osiowe maleje w miarę oddalania się od powierzchni stempla prasującego. Rozkł. gęstości w wypraskach jest nierównomierny. Najwyższą gęstość uzyskuje się w warstwach górnych przylegających w czasie prasowania do stempla przez który przenoszony jest nacisk. W miarę oddalania się od powierzchni stempla gęstość maleje. Na rozkład gęstości prasowanej kształtki wpływają jej wymiary. Im mniejszy jest stosunek h/d (h- wysokość, d-średnica) tym bardziej równomierny jest rozkład gęstości. Bardziej równomierny rozkład gęstości uzyskuje się przy dwustronnym prasowaniu. Rozkład gęstości w próbkach jedno i dwustronnie prasowanych - rysunek 4. (1- proszek Cu prasowany jednostronnie, 2- proszek Cu+ środek poślizgowy prasowany jednostronnie 3- proszek prasowany dwustronnie).

[ Dwustronne prasowanie stosuje się: h/d >1 lub przy prasowaniu tulei h/s>3 s - grubość ścianki tulei. ]

Ciśnienie wypychania:

Przez ciśnienie wypychania rozumie się siłę konieczną do wypchnięcia wypraski z matrycy odniesioną do jednostki powierzchni bocznej wypraski (MPa). Ciśnienie wypychania jest proporcjonalne do ciśnienia prasowania i zależy od współczynnika tarcia cząstek o ścianki matrycy i współczynnika Poisona. Ciśnienie wypychania proszków plastycznych jest większe niż materiałów kruchych. Wzrasta ono wraz ze zwiększeniem wysokości wypraski natomiast dodatek środków poślizgowych obniża ciśnienie wypychania. Duży wpływ ma także gładkość ścianek matrycy i sztywność konstrukcji matrycy.

Rozprężenie wyprasek:

Przez rozprężenie wyprasek określa się zmiany wymiarów wyprasek pod wpływem naprężeń wewnętrznych po usunięciu ciśnienia prasowania i po wypchnięciu wypraski z matrycy. Rozprężenie polega na zwiększeniu wymiarów zgodnych z kierunkiem prasowania i prostopadłych do niego. Rozprężanie jest tym większe im twardszy jest proszek.

Zależy od:

-ciśnienia prasowania (rośnie z jego wzrostem); ziarnistości proszków (zmniejszenie ziarnistości zwiększa rozprężenie); zawartości tlenków (zwiększenie zawartości zwiększa rozpr.); kształtu cząstek ; twardości cząstek; stosowanych środków poślizgowych (ich dodatek zmniejsza rozprężenie np. stearynianów i kwasu stearynowego).

Wielkość rozprężenia wyraża się wzorami:

r₀,r_p- rozprężenie osiowe i promieniowe

H₁,D₁- wysokość i średnica wypraski po wypchnięciu jej z matrycy

H₀,D₀- wysokość i średnica wypraski przed usunięciem ciśnienia prasowania

Czynniki wpływające na proces prasowania i gęstości uzyskanych wyprasek:

*charakterystyka proszków - przy jednakowym ciśnieniu prasowania gęstość zależy od wielkości cząstek, im bardziej drobnoziarnisty proszek tym gęstość wypraski niższa. Proszki drobnoziarniste charakteryzują się dużym współ. tarcia wewn., co wywołuje straty ciśnienia prasownia. Na proces prasownia wpływa również kształt cząstek i stopień utlenienia. Im bardziej rozwinięta powierzchnia cząstek i stopień utlenienia większy tym niższa jest gęstość wyprasek.

**stosowanie mieszanek proszków - wpływ dodatków na własności prasowalnicze zależą od ich rozdrobnienia, twardości i własności smarujących. Ogólnie można powiedzieć że proszki stopowe posiadają gorsze własności prasowalnicze niż czyste metale.

***wymiary wyprasek - zwiększenie wysokości wyprasek powoduje zwiększenie strat na pokonanie tarcia i wymaga wzrostu ciśnienia prasowania. W przypadku dużej wartości stosunku h/d występuje znaczna nierównomierność gęstości na przekroju wypraski.

****stosowanie środków poślizgowych - środki poślizgowe wprowadza się celem polepszenia prasowalności proszku. Wpływają one na: 1)zmniejszenie tarcia wewn. i zewn. ; 2)zmniejszenie ciśnienia wypychania ; 3)zmniejszenie skłonności przyczepiania się cząstek do ścianek matrycy. ; Środki poślizgowe dzieli się na dwie grupy: 1)obojętne (wazelina, gliceryna, parafina) ; 2)powierzchniowo-aktywne (kwas stearynowy, oleinowy, itp.). ; Środki poślizgowe wprowadza się do mieszanek zazwyczaj w postaci roztworów w organicznych rozpuszczalnikach, które przy suszeniu wymieszanego wsadu odparowują. Istnieją dwie możliwości wprowadzania środków poślizgowych: 1)smarowanie ścianek matrycy ; 2)wprowadzanie środków poślizgowych do proszku i wymieszanie. ; Ilość wprowadzonych środków poślizgowych zależy od wielkości cząstek proszku, ciśnienia prasowania i wielkości powierzchni tarcia. Środki poślizgowe obojętne wpływają jedynie na współczynnik tarcia i nie uczestniczą w samym procesie odkształcania cząstek proszku. Środki powierzchniowo aktywne oprócz zmniejszenia tarcia wpływają na ułatwienie deformacji cząstek proszku. Środki poślizgowe nie powinny obniżać własności technologicznych oraz zmieniać składu chemicznego porowatego materiału.

*****parametry procesu prasowania - zasadniczy wpływ na gęstość i wytrzymałość wyprasek posiadają: szybkość prasowania i czas działania nacisku. Mniejsza szybkość prasowania powoduje uzyskanie wyprasek o wyższej gęstości. Wytrzymanie pod obciążeniem doprowadza do większych odkształceń plastycznych na stykach cząstek i gęstość nieznacznie wzrasta. Celem uzyskania wysokiej gęstości i niedopuszczenia do zbyt dużego zużycia narzędzi stosuje się dwukrotne prasowanie i spiekanie.

Wytrzymałość wyprasek:

Związana jest z wzajemnym zazębianiem się i zaczepianiem cząstek oraz działaniem między atomowych sił przyciągania których wielkość uzależniona jest od powierzchni styku między cząstkami. Czynniki które doprowadzają do powstania większej powierzchni styków zwiększają również wytrzymałość wypraski. Wypraski wykonane z materiału o większej plastyczności będą posiadały większą wytrzymałość w porównaniu z wypraskami wykonanego z materiału twardego. Warstwy tlenków i obecność zbyt dużej ilości środków poślizgowych utrudniają tworzenie się metalicznych złącz a tym samym obniżają wytrzymałość wyprasek. Wytrzymałość wyprasek zależy również od ciśnienia prasowania oraz od wielkości i kształtu cząstek proszku. Proszki drobnoziarniste o rozwiniętej powierzchni charakteryzujące się niską gęstością nasypową mają wypraski o wyższej wytrzymałości w porównaniu z proszkami o regularnym kształcie i grubym ziarnie sprasowanymi na taką samą gęstość.

Wady wyprasek i przyczyny ich powstawania:

Do najczęściej spotykanych wad wyprasek należą pęknięcia zarówno w kierunku prasowania jak i w kierunku do niego prostopadłym. Przyczyny pęknięć: 1)stosowanie proszków o gładkich i regularnych ziarnach oraz dużej gęstości nasypowej ; 2)duży stopień utlenienia ; 3)wprowadzenie zbyt dużej ilości środków poślizgowych. ; Przyczyną pęknięć może być także za wysokie ciśnienie prasowania twardych proszków o dużym rozprężeniu, a także nierównomierne rozłożenie w całej objętości wypraski domieszek lub poszczególnych składników mieszanki proszków, nierównomierne zasypanie proszku przy prasowaniu wyprasek o skomplikowanym kształcie. Obok pęknięć mogą wystąpić też wykruszenia szczególnie przy niskich ciśnieniach prasowania, złej formowalności proszków i dużej wysokości wypraski. © by Ania & BŚ 2000

Prasowanie ma na celu formowanie wyprasek o określonych wymiarach i kształcie oraz odpowiedniej gęstości i własnościach fizyko-chemicznych.

Przebieg procesu prasowania:

Prasowanie proszków przeprowadza się w matrycach. Odmierzona ilość proszku po zasypaniu do matrycy zagęszczana jest naciskiem stempla. Rysunek (schemat matrycy)

(1-korpus matrycy, 2-stempel prasujący, 3-stempel dolny, 4-prasowany proszek) Sprasowana kształtka jest następnie wypychana z matrycy.

Podczas prasowania proszek nasypany luźno do matrycy zmniejsza często dwu- lub trzykrotnie swoją objętość ulegając zagęszczeniu. . Proszek zajmuje tylko 1/6 - 2/5 objętości matrycy w zależności od jego gęstości nasypowej. Powierzchnia styku ziarn po luźnym zasypaniu jest bardzo mała. Ponadto liczne powstające mostki powodują zwiększenie porowatości nasypanego proszku. Porowatość warstwy luźno zasypanego proszku jest uzależniona od kształtu i wielkości cząstek proszku. Dla drobnoziarnistych proszków o nieregularnym kształcie cząstek może ona dochodzić do 90%. Zmniejszenie porowatości zasypanego proszku można uzyskać przez odpowiedni dobór ziarnistości proszku, np. mieszając proszek gruboziarnisty z drobnoziarnistym, którego cząstki wchodzą w luki pomiędzy dużymi cząstkami. Duże znaczenie ma powierzchnia styku między cząstkami proszku.

Zjawiska zachodzące podczas prasowania proszku:

*zbliżanie cząstek proszku na odległości umożliwiające działanie adhezji ;

**powiększenie styku cząstek przez wzajemne ich zbliżanie ;

***powiększenie styku cząstek przez odkształcenie plastyczne ;

****zdzieranie powłok tlenkowych przez wzajemne tarcie sąsiadujących ze sobą cząstek powodujące odsłonięcie czystych, aktywnych powierzchni metalicznych ;

*****powstanie lokalnych punktów „ciśnieniowo topliwych” o podwyższonej temp. umożliwiających dyfuzję powierzchniową.

Etapy procesu prasowania:

*w początkowym etapie prasowania przy niskich ciśnieniach następuje załamywanie i likwidacja mostków utworzonych przy zasypywaniu, oraz ściślejsze ułożenie cząstek dzięki wzajemnym poślizgom i obrotom poszczególnych cząstek. Duży wpływ na uzyskaną gęstość wypraski ma kształt i tarcie pomiędzy przemieszczającymi się cząstkami. Gęstości wyprasek prasowanych niskimi ciśnieniami są bardzo nierównomierne, występują duże różnice zwłaszcza pomiędzy materiałem przylegającym do ścian a środkiem próbki.

**podczas prasowania wyższymi ciśnieniami ma miejsce odkształcenie plastyczne cząstek proszku. deformacja cząstek proszku rozpoczyna się w miejscach styku poszczególnych cząstek a następnie rozprzestrzenia się w ich głąb. W czasie prasowania proszków kruchych nie występuje deformacja plastyczna ani kruszenie cząstek.

ro - gęstość względna wypraski; d-gęstość rzeczywista wypraski; d_t- gęstość teoretyczna wypraski. Zależność przedstawia rys 3. - wykres prasowania.

Opis: Największy wzrost gęstości ma miejsce w zakresie ciśnień prasowania 3-5 T/cm² (300-500 MPa), a potem przyrost gęstości maleje i w zakresie ciśnień 10-15 T/cm² (1000-1500 MPa) praktycznie nie obserwuje się dalszego wzrostu gęstości. [Proszki plastyczne - srebro, miedź łatwo poddają się prasowaniu. Proszki metali twardych - chrom, molibden lub związki trudnotopliwe jest bardzo utrudnione. Wiąże się to ze skłonnością danego materiału do deformacji plastycznej. Na porowatość ma wpływ: - kształt, wielkość cząstek, stan ich powierzchni. Dlatego dla każdego rodzaju proszków sporządza się wykresy prasowania.]

Ciśnienie promieniowe:

Wskutek tarcia pomiędzy cząstkami rozkład ciśnienia nie jest równomierny w całej wyprasce. W kierunku prostopadłym do kierunku prasowania ciśnienie jest mniejsze. Ciśnienie promieniowe nie jest stałe; jego wartość zmienia się w zależności od wysokości wypraski. W miarę oddalania się od powierzchni stempla zmniejsza się ciśnienie osiowe wskutek tarcia, a tym samym maleje również ciśnienie promieniowe. Ciśnienie promieniowe:

p_r ciśn. promieniowe; p-ciśń. prasowania; v-współ. Poissona; E-współ. ciśń. promieniowego

Straty ciśnienia na pokonanie tarcia:

Część ciśnienia jest zużyta jest na pokonanie sił: tarcia wewnętrznego i zewnętrznego. Tarcie wewnętrzne jest to tarcie pomiędzy poszczególnym cząstkami proszku. Tarcie zewnętrzne - tarcie proszku o ścianki matrycy.

Straty ciśnienia na tarcie zależą od:

*współczynnika tarcia między proszkiem a matrycą

**skłonności do łączenia się tych materiałów

***dokładności wykonania ścianek matrycy

****wysokości i średnicy matrycy

*****zastosowanych środków poślizgowych.

Straty ciśnieina na tarcie o ścianki matrycy wahają się w granicach 60-90%

Współczynnik tarcia wewnętrznego jest znacznie wyższy od wspoł. tarcia o ścianki matrycy i nie zależy w zasadzie od ciśnienia prasowania. Natomiast na współ. tarcia wewn. b. silny wpływ ma kształt i wielkość cząstek. Środki poślizgowe obniżają straty ciśnienia na tarcie.

Rozkład gęstości w wypraskach:

Na wskutek strat na tarcie ciśń. osiowe maleje w miarę oddalania się od powierzchni stempla prasującego. Rozkł. gęstości w wypraskach jest nierównomierny. Najwyższą gęstość uzyskuje się w warstwach górnych przylegających w czasie prasowania do stempla przez który przenoszony jest nacisk. W miarę oddalania się od powierzchni stempla gęstość maleje. Na rozkład gęstości prasowanej kształtki wpływają jej wymiary. Im mniejszy jest stosunek h/d (h- wysokość, d-średnica) tym bardziej równomierny jest rozkład gęstości. Bardziej równomierny rozkład gęstości uzyskuje się przy dwustronnym prasowaniu. Rozkład gęstości w próbkach jedno i dwustronnie prasowanych - rysunek 4. (1- proszek Cu prasowany jednostronnie, 2- proszek Cu+ środek poślizgowy prasowany jednostronnie 3- proszek prasowany dwustronnie).

[ Dwustronne prasowanie stosuje się: h/d >1 lub przy prasowaniu tulei h/s>3 s - grubość ścianki tulei. ]

Ciśnienie wypychania:

Przez ciśnienie wypychania rozumie się siłę konieczną do wypchnięcia wypraski z matrycy odniesioną do jednostki powierzchni bocznej wypraski (MPa). Ciśnienie wypychania jest proporcjonalne do ciśnienia prasowania i zależy od współczynnika tarcia cząstek o ścianki matrycy i współczynnika Poisona. Ciśnienie wypychania proszków plastycznych jest większe niż materiałów kruchych. Wzrasta ono wraz ze zwiększeniem wysokości wypraski natomiast dodatek środków poślizgowych obniża ciśnienie wypychania. Duży wpływ ma także gładkość ścianek matrycy i sztywność konstrukcji matrycy.

Rozprężenie wyprasek:

Przez rozprężenie wyprasek określa się zmiany wymiarów wyprasek pod wpływem naprężeń wewnętrznych po usunięciu ciśnienia prasowania i po wypchnięciu wypraski z matrycy. Rozprężenie polega na zwiększeniu wymiarów zgodnych z kierunkiem prasowania i prostopadłych do niego. Rozprężanie jest tym większe im twardszy jest proszek.

Zależy od:

-ciśnienia prasowania (rośnie z jego wzrostem); ziarnistości proszków (zmniejszenie ziarnistości zwiększa rozprężenie); zawartości tlenków (zwiększenie zawartości zwiększa rozpr.); kształtu cząstek ; twardości cząstek; stosowanych środków poślizgowych (ich dodatek zmniejsza rozprężenie np. stearynianów i kwasu stearynowego).

Wielkość rozprężenia wyraża się wzorami:

r₀,r_p- rozprężenie osiowe i promieniowe

H₁,D₁- wysokość i średnica wypraski po wypchnięciu jej z matrycy

H₀,D₀- wysokość i średnica wypraski przed usunięciem ciśnienia prasowania

Czynniki wpływające na proces prasowania i gęstości uzyskanych wyprasek:

*charakterystyka proszków - przy jednakowym ciśnieniu prasowania gęstość zależy od wielkości cząstek, im bardziej drobnoziarnisty proszek tym gęstość wypraski niższa. Proszki drobnoziarniste charakteryzują się dużym współ. tarcia wewn., co wywołuje straty ciśnienia prasownia. Na proces prasownia wpływa również kształt cząstek i stopień utlenienia. Im bardziej rozwinięta powierzchnia cząstek i stopień utlenienia większy tym niższa jest gęstość wyprasek.

**stosowanie mieszanek proszków - wpływ dodatków na własności prasowalnicze zależą od ich rozdrobnienia, twardości i własności smarujących. Ogólnie można powiedzieć że proszki stopowe posiadają gorsze własności prasowalnicze niż czyste metale.

***wymiary wyprasek - zwiększenie wysokości wyprasek powoduje zwiększenie strat na pokonanie tarcia i wymaga wzrostu ciśnienia prasowania. W przypadku dużej wartości stosunku h/d występuje znaczna nierównomierność gęstości na przekroju wypraski.

****stosowanie środków poślizgowych - środki poślizgowe wprowadza się celem polepszenia prasowalności proszku. Wpływają one na: 1)zmniejszenie tarcia wewn. i zewn. ; 2)zmniejszenie ciśnienia wypychania ; 3)zmniejszenie skłonności przyczepiania się cząstek do ścianek matrycy. ; Środki poślizgowe dzieli się na dwie grupy: 1)obojętne (wazelina, gliceryna, parafina) ; 2)powierzchniowo-aktywne (kwas stearynowy, oleinowy, itp.). ; Środki poślizgowe wprowadza się do mieszanek zazwyczaj w postaci roztworów w organicznych rozpuszczalnikach, które przy suszeniu wymieszanego wsadu odparowują. Istnieją dwie możliwości wprowadzania środków poślizgowych: 1)smarowanie ścianek matrycy ; 2)wprowadzanie środków poślizgowych do proszku i wymieszanie. ; Ilość wprowadzonych środków poślizgowych zależy od wielkości cząstek proszku, ciśnienia prasowania i wielkości powierzchni tarcia. Środki poślizgowe obojętne wpływają jedynie na współczynnik tarcia i nie uczestniczą w samym procesie odkształcania cząstek proszku. Środki powierzchniowo aktywne oprócz zmniejszenia tarcia wpływają na ułatwienie deformacji cząstek proszku. Środki poślizgowe nie powinny obniżać własności technologicznych oraz zmieniać składu chemicznego porowatego materiału.

*****parametry procesu prasowania - zasadniczy wpływ na gęstość i wytrzymałość wyprasek posiadają: szybkość prasowania i czas działania nacisku. Mniejsza szybkość prasowania powoduje uzyskanie wyprasek o wyższej gęstości. Wytrzymanie pod obciążeniem doprowadza do większych odkształceń plastycznych na stykach cząstek i gęstość nieznacznie wzrasta. Celem uzyskania wysokiej gęstości i niedopuszczenia do zbyt dużego zużycia narzędzi stosuje się dwukrotne prasowanie i spiekanie.

Wytrzymałość wyprasek:

Związana jest z wzajemnym zazębianiem się i zaczepianiem cząstek oraz działaniem między atomowych sił przyciągania których wielkość uzależniona jest od powierzchni styku między cząstkami. Czynniki które doprowadzają do powstania większej powierzchni styków zwiększają również wytrzymałość wypraski. Wypraski wykonane z materiału o większej plastyczności będą posiadały większą wytrzymałość w porównaniu z wypraskami wykonanego z materiału twardego. Warstwy tlenków i obecność zbyt dużej ilości środków poślizgowych utrudniają tworzenie się metalicznych złącz a tym samym obniżają wytrzymałość wyprasek. Wytrzymałość wyprasek zależy również od ciśnienia prasowania oraz od wielkości i kształtu cząstek proszku. Proszki drobnoziarniste o rozwiniętej powierzchni charakteryzujące się niską gęstością nasypową mają wypraski o wyższej wytrzymałości w porównaniu z proszkami o regularnym kształcie i grubym ziarnie sprasowanymi na taką samą gęstość.

Wady wyprasek i przyczyny ich powstawania:

Do najczęściej spotykanych wad wyprasek należą pęknięcia zarówno w kierunku prasowania jak i w kierunku do niego prostopadłym. Przyczyny pęknięć: 1)stosowanie proszków o gładkich i regularnych ziarnach oraz dużej gęstości nasypowej ; 2)duży stopień utlenienia ; 3)wprowadzenie zbyt dużej ilości środków poślizgowych. ; Przyczyną pęknięć może być także za wysokie ciśnienie prasowania twardych proszków o dużym rozprężeniu, a także nierównomierne rozłożenie w całej objętości wypraski domieszek lub poszczególnych składników mieszanki proszków, nierównomierne zasypanie proszku przy prasowaniu wyprasek o skomplikowanym kształcie. Obok pęknięć mogą wystąpić też wykruszenia szczególnie przy niskich ciśnieniach prasowania, złej formowalności proszków i dużej wysokości wypraski. © by Ania & BŚ 2000

---