Термин ’’консолидация” в научный обиход порошковой металлургии ввел М.Ю.
Бальшин [80]. Консолидация - многозначное по смыслу слово, но
применительно к порошковой технологии - это процесс или совокупность
процессов получения цельных и связных твердых тел и изделий,
образующихся в результате объединения входящих в их состав структурных
элементов, причем основная часть этих структурных элементов остается в
твердой фазе. Таким образом, формование порошков (т.е. придание
порошковой массе определенной формы) и их спекание (термическая
обработка для приобретения сформованным изделием необходимых
физико-механических и эксплуатационных свойств ) - частные случаи
консолидации. При всем различии процессов прессования и спекания в
методах их количественого описания есть много общего, не говоря уже о
таком синтезе этих процессов, как горячее прессование и его
многочисленные разновидности. В последнее время вопросам прессования,
спекания, горячей обработки пористых материалов давлением уделяется
много внимания [4, 32, 34, 57, 59, 68, 76, 80-87]. Излагая эти вопросы в
целом конспективно, автор данной работы считает целесообразным кратко
охарактеризовать элементы механики и реологии пористых тел,
проанализировать процессы массопереноса в них.
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОРИСТЫХ
МАТЕРИАЛАХ
Рассматривая порошковые и пористые среды как сплошные, т.е. используя
для них гипотезу сплошности, напряженное состояние» деформацию и
скорость деформации описывают в приближении механики континиума с
помощью симметричных тензоров. Такой подход предполагает, что
элементарный объем много меньше размеров образца, но больше по сравнению
с отдельной частицей или порой и обладает теми же свойствами, что и весь
образце в целом [81, 84, 87].
Элементы механики и реологии деформируемого тела
важны для феноменологического описания многих особенностей прессования и
спекания порошковых и пористых тел, однако важным является и
микроскопический подход к этим процессам, основанный на концепциях
физики твердого тела. Изменением плотности при консолидации дисперсные
тела обязаны протеканию многих явлений, различных по своей природе:
взаимному скольжению элементов структуры относительно друг друга,
пластической деформации, вязкому течению, диффузионным процессам. Важное
значение имеют также перенос через газовую фазу и рекристаллизация.
Большинство из этих процессов имеют термоактивационный характер, а
пластическая деформация, кроме того, и пороговый.
Для осуществления пластической деформации необходимы напряжения,
превышающие предел текучести или напряжение течения. Константой
материала является критическое напряжение сдвига для определенной
плоскости скольжения. Основные составляющие этой величины -
сопротивление скольжению дислокаций со стороны кристаллической решетки
(напряжение Пайерлса- Набар-ро), сопротивление скольжению со стороны
других дислокаций, а также искажений, обусловленных примесями внедрения
и замещения. Границы зерен в поликристаллах, включения тоже являются
эффективными стопорами на пути скольжения дислокаций. Если для металлов
и большинства сплавов значение критического напряжения сдвига при
комнатной температуре составляет обычно 1-100 МПа (за исключением
тугоплавких металлов, особенно вольфрама)
Г П А В А III. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ
МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Относительно классификации материалов, получаемых методами порошковой
металлургии, существуют разные мнения [8, 9, 193-195). Целесообразно эти
материалы классифицировать по областям применения. По этому признаку их
можно разделить на четыре группы, включающие по несколько разновидностей
(приведены основные) [1]:
1) инструментальные материалы (твердые сплавы, сверхтвердые материалы,
быстрорежущая сталь), используемые в обработке металлов резанием и
давлением, а также в бурильной технике;
2) конструкционные материалы (общемашиностроительные, жаропрочные,
композиционные, корроэионностойкие), применяемые в качестве силовых и
несущих элементов в машиностроении, авиации, ракетной технике,
химической промышленности, бытовой технике, приборостроении;
3) триботехнические материалы (антифрикционные, фрикционные,
уплотнительные), применяемые в узлах трения в машиностроении и на
транспорте;
4) материалы со специальными физическими свойствами (со специальными
электрическими свойствами, магнитные, для атомной техники, фильтры и
пористые изделия и др.), используемые в электро-и радиотехнике,
электронике, вычислительной технике, атомной промышленности, авиации,
машиностроении и других отраслях.
Приведенная классификация, конечно, весьма условна. Одни и те же по
химическому составу материалы могут принадлежать различным группам и
разновидностям. Например, спеченные
тугоплавкие металлы и сплавы на их основе входят и в группу
конструкционных (жаропрочных) материалов и в группу материалов со
специальными физическими (электрическими) свойствами. Общим требованием
ко всем материалам является достаточная прочность, особенно в связи с
наличием остаточной пористости. В наибольшей степени этому требованию
должны удовлетворять конструкционные материалы, а также многие материалы
других групп и разновидностей, из которых изготовляют элементы
конструкций, испытывающие немалые нагрузки при эксплуатации.