розділ 2.1, табл. 2.2) з отриманням заготовки доцільно встановити щільну частину його матеріалу. Такий аналіз потрібен для того, щоб виділити об'єм заготовки з високою щільністю (> 90 %) та вирізати з нього заготовки і проводити в подальшому їх механічну і термічну обробки без застосування захисного середовища. Макроструктуру металу в об'ємі заготовки (швидкорізальна сталь марки Р6М5) досліджували на різних ділянках від краю до центру (рис. 3.4, області а-в). Зразки вирізали електроіскровим способом в поперечному перерізі (по ширині) заготовки.
Рис. 3.4. Схема порізки заготовки на зразки: а - д.
В макроструктурі металу в об'ємі заготовки спостерігали частинки -порошинки, які умовно можна поділити на три види (рис. 3.5, 3.6): тверді або твердорідкі округленої форми (Ф1), рідкотверді овальної форми (Ф2) і рідкі розплющеної форми (Ф3). Запропоноване розділення частинок на твердорідкі та рідкотверді є умовними, але будемо вважати, що частинка яка має вміст рідини або рідкого металу менше 50 % є твердорідкою, а частинка яка має вміст рідкого металу більше 50 % відноситься до рідкотвердої групи. Твердорідка частинка як правило зберігає сферичність і стінки якої лише частково руйнується за рахунок товстого твердого шару на її поверхні. Рідкотверда частинка при зіткненні з поверхнею кристалізатора або формуємої заготовки повністю втрачає свою сферичну форму але не перетворюється на розплющену частинку. Частинки ж які при зіткненні перетворюються на розплющені частинки при зіткненні з відповідною поверхнею знаходилися повністю в рідкому стані, тобто представляли собою краплі металу. Форма частинок у структурі металу впливає на щільність матеріалу і чим більша кількість частинок округленої та овальної форми, тим більша пористість (рис. 3.6, 3.7). Таким чином, бачимо, що на рисунку (рис. 3.6 а) п'ять частинок твердорідких, одинадцять твердих, п'ять рідкотвердих частинок та чотири рідких (крапель). На рисунку (рис. 3.6 б) зображено ділянку заготовки, що знаходиться на відстані 75 мм від краю заготовки бачимо три тверді частинки, дві твердорідкі, чотири рідкотверді частинки та чотири рідки (краплі). При чому, розміри самих частинок на зразку, що знаходився на відстані 75 мм від краю заготовки як правило більші за розміри частинок, що зображені на шліфі зразка на краю заготовки (рис. 3.6 а). Тобто кількість рідких та рідкотвердих частинок у середині заготовки більше, ніж на краю. У випадку краю заготовки співвідношення твердих та твердорідких частинок до рідких та рідкотвердих становить 1,77 (16/9), а в центральній частині заготовки - 0,62 (5/8). Така різниця у співвідношенні частинок з різним фізичним станом призводить до того, що у центральній частині заготовки пористість становить 2-4 %, а у бічній частині зростає.
твердорідка частинка
тверда частинка
a б в
Рис. 3.5. Форми частинок в макроструктурі металу заготовки:
а - тверда або твердорідка (Ф1);
б - рідкотверда (Ф2);
в - рідка (Ф3).
а б
Рис. 3.6. Макроструктура частинок в сталі Р6М5 (а, б):
1 - твердорідки частинки;
2 - тверді частинки;
3 - рідкотверді частинки;
4 - рідки частинки.
Пористість матеріалу фіксували між частками, які не зварились в процесі струменевого формування. Встановлено, що пористість матеріалу зменшується в напрямку від краю заготовки до його центральної частини (рис. 3.8, 3.9).
а
б вРис. 3.7. Макроструктура та форми частинок в сталі Р6М5:
а, б - вирізано на краю заготовки (зображеного на рис. 3.4
область а);
в - вирізано на відстані 75 мм від краю заготовки (зображеного
на рис. 3.4 область в).
а б
Рис. 3.8. Координати частинок-порошинок в макроструктурі металу, вирізаного на краю заготовки сталі Р6М5:
П - пористість матеріалу;
а - форми Ф1;
б - форми Ф2.
а б
Рис. 3.9. Лінії профілю структурних ділянок металу, вирізаного на краю заготовки сталі Р6М5:
П - пористість матеріалу;
а - висота заготовки 11 мм (1 - частинки з дрібнозернистою структурою, 2 - частково зварені частинки з дрібнозернистою структурою, 3 - дрібнозерниста структура, 4 і 5 - зерниста);
б - висота заготовки 22 м (1 - частинки з дрібнозернистою структурою, 2 і 3 - зерниста структура). Пористість заготовки залежить як від щільності укладки частинок порошинок (координаційного числа, або коефіцієнта суміжності) так і від форми самих частинок. Чим більше в осаді рідкотвердих порошинок та рідких крапель тим щільнішим буде сам осад. Пористість яка утворюється при формуванні заготовки (Пзаготовки), одержаного методом струменевого формування складається з кількох окремих компонентів і може бути описана наступною формою (3.1), а пористість яка утворюється при вільному насипанні порошку (Пвнп) може бути описана формулою (3.2).
Пзаготовки = Пукл + Па.,м. - Пполідисп - Пф , (3.1)
Пвнп = Пукл + Па.,м. - Пполідисп + Пф , (3.2)
де Пукл - пористість, яка утворюється в результаті укладки частинок-порошинок;
Па.,м. - пористість, яка утворюється завдяки виникненню макродефектів типу "арок" та "містків" при осадженні