Diseño de parámetros del proceso de prensado en caliente

La fabricación de brocas de diamante prensadas en caliente pertenece a la sinterización en fase sólida de múltiples elementos, es decir, la temperatura de sinterización es inferior a la temperatura del punto de fusión de la mayoría de los materiales. En este momento, el metal de unión puede. Estar en estado plástico, semifundido o en fase líquida. Los tres parámetros de temperatura de sinterización, presión y tiempo de mantenimiento constituyen el contenido clave del proceso de prensado en caliente.

(1) Temperatura de sinterización

El diseño de la temperatura de sinterización se basa en el material del esqueleto de la carcasa y el contenido de metal de unión. Cuando el contenido de material del esqueleto es alto, la temperatura de sinterización será. mayor cuando el contenido de metal de unión es alto, la temperatura de sinterización será mayor. Al diseñar, la temperatura de sinterización se puede seleccionar en función del punto de fusión de 75 a 80 grados Celsius del componente principal de la matriz metálica, o se puede determinar optimizando métodos de prueba.

La relación entre el coeficiente de densificación α() del material de la carcasa durante el prensado en caliente y el tiempo de prensado en caliente T se muestra en la Figura 6-9. La sección OA es la etapa de densificación rápida y la sección AB. es la etapa de desaceleración de la densificación, el segmento BC es la etapa de densidad final. Cuando la temperatura alcanza un cierto valor, la canal comienza a densificarse. A medida que aumentan la temperatura y la presión, la matriz pasa de una densificación rápida a una densificación desacelerada y finalmente se acerca a la etapa de densidad máxima. En este momento, los átomos metálicos de la matriz se difunden desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Este proceso lleva una cierta cantidad de tiempo, incluida la etapa inicial de aumento de temperatura, la etapa de sinterización por prensado en caliente y la etapa de conservación del calor y mantenimiento de la presión.

Figura 6-9 Proceso de densificación por prensado en caliente

(2) Velocidad de calentamiento y tiempo de mantenimiento

1 Relación entre el tiempo de mantenimiento y el tipo de broca

El tiempo de espera depende del tipo y especificación de la broca. Las brocas de paredes gruesas y de gran diámetro (como las brocas sacatestigos con cable) requieren un tiempo de retención más prolongado, mientras que las brocas de paredes delgadas y de diámetro pequeño pueden tener un tiempo de retención más corto; Si el tiempo de conservación del calor es demasiado corto, la broca no se disparará y la resistencia del bisel del diamante será baja; si el tiempo de conservación del calor es demasiado largo, no será propicio para proteger la resistencia original del diamante. Se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular el tiempo de retención de la broca de prensa en caliente:

T=D·η (6-2)

Donde: T es el tiempo de retención requerido , min; D es el diámetro de la broca o el tamaño efectivo mínimo, mm; η es la permeabilidad al calor η = 0,06 ~ 0,08 min/mm, que se ve afectada por factores como el material y la estructura del molde, la composición de la matriz, la velocidad de calentamiento y la broca. Se utilizan brocas de gran diámetro y tiempos de calentamiento rápidos. Límite superior, límite inferior en otros casos.

2. La relación entre el tiempo de conservación del calor y el método de calentamiento.

La esencia del proceso de conservación del calor es el proceso de absorber calor, fundir, impregnar y unir el polvo metálico de la matriz. en el molde. Este proceso requiere garantías de tiempo suficientes. El tiempo de conservación del calor de las brocas para sinterización en horno de frecuencia intermedia es de 4 a 7 minutos, mientras que el tiempo de conservación del calor de las brocas para sinterización en horno de resistencia es de 3 a 5 minutos. Cuando la temperatura y la presión son constantes, la relación entre el tiempo de retención y la densidad de la canal se muestra en la Figura 6-10.

Figura 6-10 Cuando la temperatura y la presión son constantes, el efecto del tiempo de prensado en caliente sobre la densidad de la canal

1—Presión alta 2—Presión media 3—; Baja presión

3. Respecto a la tasa de aumento de temperatura

Cuanto más rápido sea el ritmo de aumento de la temperatura de sinterización, mayor será la diferencia de temperatura dentro del molde. Para que la matriz de la broca se caliente uniformemente, la velocidad de calentamiento no debe ser demasiado rápida. La velocidad de calentamiento más lenta favorece la reducción total de los óxidos en la matriz y la eliminación oportuna del gas. De lo contrario, el aumento excesivo de temperatura provocará un calentamiento desigual de la matriz y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del molde será demasiado grande. La superficie del diámetro exterior de la broca se sinterizará de antemano para formar una capa densa y. el gas interno será difícil de eliminar, dificultando la contracción. La carcasa puede incluso burbujear o agrietarse debido a la expansión del gas. Por lo tanto, la tasa de aumento de temperatura adecuada es de 90~100 ℃/min. Cuando la temperatura es inferior a 600°C, la velocidad de calentamiento es de 90°C/min; después de 600°C, se utiliza 100°C/min cuando alcanza 800°C, la temperatura se mantiene durante 30 segundos para eliminar la temperatura; diferencia de gradiente de temperatura de la carcasa en el molde y garantizar que el proceso termodinámico del material de la carcasa sea consistente.

(3) Presión de prensado en caliente

La función principal de la presión es aumentar la densidad y el grado de aleación de la matriz y mejorar la resistencia al desgaste de la broca. El proceso de presurización en la fabricación de brocas de diamante prensadas en caliente se divide en dos etapas: prepresurización y presión total.

La presión previa es generalmente de 1/5 a 1/4 de la presión total. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión y el metal de unión impregna el diamante y los materiales de la estructura, la presión previa puede aumentar la resistencia al flujo entre los polvos metálicos, evitar la segregación y pérdida de metales de bajo punto de fusión y la clasificación de polvos con diferentes densidades, de manera que se asegure la composición y desempeño de la matriz de homogeneidad.

Se debe agregar presión total gradualmente después del inicio de la etapa de aislamiento para facilitar que el polvo de la carcasa distribuido uniformemente forme una fase metalográfica de "aleación" y logre la densidad y resistencia al desgaste diseñadas. Dependiendo de factores como la composición de la carcasa y el tiempo de conservación del calor, la presión total es generalmente de 15 a 22 MPa. Aumentar la presión total es beneficioso para mejorar la compacidad y la dureza de la carcasa, pero una presión demasiado alta tiene poca importancia para mejorar la compacidad de la carcasa, sólo puede aumentar el consumo de energía y reducir la vida útil del molde de grafito.

Cuando la temperatura y el tiempo de prensado en caliente son constantes, el efecto de la presión sobre la densidad de la canal se muestra en la Figura 6-11. Cuando la presión de prensado en caliente es constante, el efecto del tiempo de prensado en caliente sobre la densidad de la matriz de la broca se muestra en la Figura 6-12.

Figura 6-11 El efecto de la presión de prensado en caliente sobre la densidad de la canal

Figura 6-12 El efecto del tiempo de prensado en caliente sobre la densidad de la canal

Temperatura de prensado en caliente: T1>T2