Тема: ОБ’ЄМНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОШКІВ.
Мета: визначити вплив методу виготовлення порошків, форми й
дисперсності їх частинок на об'ємні характеристики порошків.
Теоретичні відомості:
Порошки різних металів і сплавів є вихідними матеріалами,
з яких, застосовуючи методи порошкової металургії, отримують різні за формою і
розмірами напівфабрикати та вироби. Хоча ці методи й змінюють фізико-хімічні
властивості використаного порошкового матеріалу, все ж якість порошку у значному
ступені визначає властивості готових виробів. В зв'язку з цим вивчення
властивостей порошків має велике значення в технології виробництва, формування
структури і властивостей готових виробів і контролю якості готової продукції.
Всі властивості порошкових матеріалів підрозділяють на
технологічні, фізичні і хімічні.
До технологічних властивостей відносяться насипна
густина, текучість і здатність до пресування порошків.
Насипною густиною порошку називається
об'ємна характеристика, що являє собою масу об'єму порошку при вільному
насипанні. Насипна густина виражає здатність частинок порошку до укладки і
залежить від питомої густини даного металу і фактичного заповнення порошком
певного об'єму. Густина укладки частинок
порошку в об'ємі залежить від дисперсності, форми і питомої поверхні частинок.
Так як насипна густина є дуже важливою характеристикою, що впливає на
технологію виготовлення, то вона вказується в усіх технічних умовах на
металічні порошки, а метод її визначення стандартизований ГОСТом 19440-74.
В зв'язку з тим, що при вільній засипці порошку в форму
його насипна густина буде залежати від висоти, швидкості і інших факторів
засипки, то відповідно до ГОСТу
насипна густина визначається за допомогою приладу, який називають волюмометром
(рис.3.1), що забезпечує однакові умови засипки.
Засипка порошку в волюмометр ведеться через велику
приймальну лійку 1. З малої лійки 2 частинки порошку попадають на систему
пластин 3, розміщених під кутом 30°+ 30' до вертикалі. З останньої пластини
частинки порошку через лійку 4 скочуються в мірну склянку 5 ємністю 25см3, який встановлюється
на відстані 22+ 0,5мм від торця лійки 4, що направляє порошок в склянку.
Склянку заповнюють порошком доверху з деяким надлишком, що знімається пластиною
з алюмінію або покривним скельцем до рівня стінок. Потім склянку зважують з
точністю до 0,05г і маса порошку ділиться на внутрішній об'єм склянки. Частка
від ділення виражає собою насипну густину порошку в г/см3.
(3.1)
де: m2 – маса стакану, г; т1
– маса стакану з
порошком, г; V – об'єм
стакану, см3.
За насипну густину приймають середнє арифметичне результатів трьох визначень:
, (3.2)
де:
– насипна густина
трьох визначень.
На практиці при конструюванні прес-форм велике значення
має насипний об'єм Vнас,
тобто питомий об'єм порошку при вільній насипці. Визначається він
розрахунковим шляхом:
, (3.3)
і
вимірюється в см /г.
Іншими об'ємними характеристиками порошку є об'єм утруски
і густина утруски. Обидві ці характеристики встановлюють здатність порошку до
ущільнення при утрусці, що є дуже важливо при конструюванні прес-форм.
Насипна густина і густина утруски, насипний об'єм і об'єм
утруски є об'ємними характеристиками. Об'ємними характеристиками рахуються
також відносний об'єм, відносна густина і пористість.
Об'єм утруски визначається шляхом утруски певної кількості
порошку і безпосереднього відліку цього об'єму в поділках мензурки. Для цієї
цілі порцію порошку поміщають в мензурку з невеликим поперечним січенням і
постукують нею об стіл до припинення видимої на око усадки. Позначивши масу
порошку через m, а відрахований об’єм через V, отримаємо об’єм утруски (см3/г):
.
(3.4)
Величина, обернена до об'єму утруски, називається
густиною утруски і визначається за
формулою:
.
(3.5)
Густина утруски на 20-50% більша насипної густини, об'єм
утруски відповідно менший. Насипний об'єм порошку в декілька разів більший
питомого об'єму компактного металу. В зв'язку з цим насипний об'єм порошку
можна розглядати як об'єм, що складається з суми об'ємів частинок компактного
металу і об'єму пор.
Відношення насипного об'єму до питомого об'єму металу, що
показує, у скільки разів насипний об'єм порошку більший за питомий об'єм
компактного металу, називається відносним об'ємом і позначається β,
(3.6)
Відносною густиною порошків називається відношення
насипної густини порошку до питомої густини компактного металу і позначається
через и,
.
(3.7)
Вона характеризує частку об'єму, що займає метал порошку.
Відносні величини об'єму і густини
виражаються правильним
дробом або в процентах.
Величина відносної густини и непрямим чином
визначає ступінь "пористості" порошку, яка може бути виражена
відношенням:
(3.8)
і
називається коефіцієнтом пористості. Відношення:
(3.9)
називається
пористістю порошків і характеризує частку об'єму, що займають пори в порошку.
Величини ε і П є відвернені числа і
наряду з іншими об'ємними характеристиками порошків β і v,
мають велике значення при порівняльній оцінці властивостей порошків різних
металів.
З виразів (3.1) – (3.9) слідує, що всі ці об'ємні
характеристики порошків взаємно пов'язані між собою, а тому експериментально
визначається лише насипна густина, об'єм утруски і питома густина металу
порошку в компактному стані. Знаючи ці характеристики, можна розрахувати усі
інші.
Прилади та матеріали:
1. Порошок
залізний відновлений марки ПЖ4М2 (ГОСТ 9849-74).
2. Порошок
мідний електролітичний марки ПМС (ГОСТ 4960-75).
3. Волюмометр.
4. Мензурка
з поділками.
5. Ваги.
6. Совочки.
Порядок виконання роботи:
1. Зважити
мірку і визначити її об'єм.
2. Засипати
мірку порошком через волюмометр і знявши надлишки порошку зважити її.
3. Після
зважування визначити насипну густину та насипний об'єм
за формулами (3.1) - (3.3).
4. Використовуючи
мензурку з поділками, визначити об'єм і густину утруски (Vymp і уутр) за формулами
(3.4),(3.5).
5. На
основі отриманих даних розрахувати відносну густину v і відносний об'єм β порошку, коефіцієнт
(ступінь) пористості порошку і пористість П за формулами
(3.6) - (3.8).
6. Проаналізувати
отримані результати, зробити висновки і скласти звіт.
Контрольні питання:
1. Охарактеризувати
технологічні властивості порошків.
2. Що таке
насипна густина порошку.
3. Конструкція
та принцип дії волюмометра.
4. Об’єм
утруски та густина утруски, їх особливості