Способ спекания заготовок из металлических порошков Советский патент 1991 года по МПК B22F3/10 B22F3/02 

ИзоС )е(ение относится к порошковой металлургии, с часгности к способам спекания изделий из металлических порошков преимущественно феоромзгнитных, н ин- дукцмонннх нагревс)теля

Целью изобретения является повышение производительности процесса спекание

На фиг.1 приведена функциональная схема индукционной установки спекания реализующей способ: нз фиг 2 - кривая зависимости магнитной проницаемости порошковых заготовок от времени и температуры спекания, поясняющая способ

Известно, что свойства порошковых заготовок при спекании определяются температурой спекания и временем выдержки Например, спекание заготовок из порошка

железа при 1100°С в течение 2 ч приводит к существенному росту их магнитных свойств (фиг.2). Качественный микроструктурный анализ показывает, что в ходе рекристаллизации кривая распределения зерен по размерам с увеличением времени спекания смещается в сторону больших размеров При дальнейшей выдержке структура меняется мало Это свидетельствует о том что при достижении определенного значения размера зерна, характерного для данной температуры, рост его прекращается и дальнейший нагрев нецелесообразен Этот момент можно зафиксировать по изменению магнитной проводимости заготовки

Изменение магнитной проводимости. при изменении магнитной проницаемости заготовки, характеризует как изменение гео ел

СА 00

ю ю

ометрических размеров заготовки, так и изменение внутренней металлической структуры, т.е. степень спекания (фиг.2).

Изменение магнитной проводимости заготовки приводит к изменению индуктивности LH. А так как согласно формуле Томпсона резонансная частота параллельного колебательного контура, образованного индуктором с подключенным к нему компенсирующим конденсатором (фиг.1), определяется так:

(Уреэ

„ С

(1)

где LH - индуктивность индуктора с заготовкой;

Ск - емкость конденсатора (постоянна), то при постоянной Ск изменение н ведет к изменению резонансной частоты контура:

0)pe3 -4---A (LH), (2)

с7 А7

а учитывая (1) и (2), можно сделать вывод, что резонансная частота - функция магнитной проницаемости, а следовательно, внутренней структуры и геометрических размеров заготовки, т.е. функция спеченности заготовки, так как ц зависит от температуры спекания и времени выдержки.

Следовательно, каждой резонансной частоте колебательного контура можно поставить в соответствие определенную магнитную проницаемость заготовки и, следовательно, определенную степень спеченности.

Определив заранее на эталонном образце заготовки заданную резонансную частоту контура, соответствующую требуемой степени спеченности заготовки, процесс спекания очередной заготовки ведут до достижения в контуре этой резонансной частоты и в тот момент, когда определяемая частота колебательного контура равно заданной, процесс спекания прекращают, что гарантирует как совпадение геометрических размеров спекаемой заготовки и эталонной, так и их внутренних металлических структур. Таким образом, индукционный нагреватель служит одновременно устройством определения качества и момента готовности заготовок.

Нагрев заготовок в высокочастотном поле ведется по определенному темпера- турно-временному режиму. Реализация температурно-временного режима осуществляется путем ввода расстройки и последующей настройки в резонанс высокочастотного источника питания. На резонансе в нагрузку передается максимально воз

можная мощность, при расстройке - меньшая. Средняя мощность нагрева определяется соотношением времени работы источника в резонансе (на максимальной мощ5 ности) и вне его. Введение второго управляющего сигнала, пропорционального разности установленной и текущей температур, позволяет регулировать скорость нагрева, что гарантирует от перегрева поверхности

10 заготовки, ведущего к переходу или оплавлению, и гарантирует требуемое высокое качество и возможность поддержания заданного градиента температур по сечению заготовки, в то время как простое управление

15 частотой такой возможности не дает.

Спекаемая заготовка 1 находится в индукторе 2, параллельно которому присоединен, образуя колебательный контур, компенсирующий конденсатор 3. Параллельно

20 колебательному контуру 2, 3 подключен полупроводниковый частотно-регулируемый преобразователь 4 частоты, частотой которого управляет задающий генератор 5, на вход которого через резистивный делитель

25 6, 7 подключен выход блока 8 автоподстройки частоты (АПЧ), на первый вход которого поступает сигнал с датчика 9 тока, включенного в ветвь индуктора 3 колебательного контура 2, 3, а на второй вход - с датчика 10

30 тока, подключенного к выходу преобразователя 4. Параллельно переменному резистору 6 подключен управляемый ключ 11, который подключен к выходу генератора 12 с управляемой скважностью импульсов,

35 вход которого соединен с выходом усилителя 13 разности, на вход последнего подается разность сигналов с фотопирометра 14 и уставки Do. Фотопирометр измеряет текущую температуру заготовки 1 в индукторе

40 2. Заготовку 1 по мере готовности выталкивает из индуктора 2 толкатель 15 управляемый двигателем 16. управляемый реле 17, вход которого подключен к выходу блока 8 АПЧ.

45

Способ реализуется следующим образом.

По мере нагрева и выдержки при заданной температуре заготовки 1 в индукторе 2

50 меняются ее геометрические размеры, и внутренняя металлическая структура и, следовательно, ее магнитная проницаемость.

Меняется индуктивность индуктора 2 и меняется частота резонанса колебательно55 го контура 2, 3. Блок 8 АПЧ, измеряя разность фаз сигналов токовых датчиков 9 и 10, меняет напряжение на делителе 7, 6, которое подается на вход задающего генератора 5, подстраивая тем самым преобразователь 4 в резонанс с контуром 2. 3.

Как только резонансная частота . достигает заданной ah, напряжение с выхода блока 8 достигает определенного (заданного) уровня, срабатывает реле 7. включается двигатель 16 и толкатель 15 вы- талкивает готовую заготовку 1 из индуктора 2.

Скорость нагрева заготовки зависит от ее температуры, измеряемой фотопирометром 14. Сигнал с фотопирометра поступает на усилитель 13 разности, где вычитается из него сигнал уставки. Усиленная разность A U К (Уф Uo) поступает на генератор 12 с регулируемой скважностью импульсов, который управляет временем включения и отключения управляемого ключа 11. Ключ 11, включаясь, шунтирует резистор 6, и тогда преобразователь работает по сигналу блока 8 АПЧ в резонанс с колебательным контуром 2, 3, а отключаясь, ключ включает в цепь сигнала АПЧ переменный резистор 6, изменяя тем самым частоту генератора 5 и, следовательно, преобразователя 4, т.е. вводя расстройку преобразователя. Глубина расстройки определяется мощностью, необходимой для поддержания заданной температуры нагретой заготовки, и выставляется перед началом процесса изменением резистора 6. Время работы на резонансе преобразователя 4 равно времени включе- ния ключа 11, которое определяется скважностью импульсов генератора 12. а та пропорциональна разности AU К(Уф - U0). т.е. пропорциональна разности текущей температуры заготовки (ей соответствует сигнал с фотопирометра Уф) и заданной температуры (определяемой установкой U0 выставляемой перед началом процесса).

В установке спекания при реализации предлагаемого способа используют следующие элементы: заготовки 1 из порошка железа и порошка ПЖ2МЗ, индуктор 2 из медной трубки С 14 мм, конденсатор ЭСВ- 0.8-2,4УЗ 3, преобразователь ППЧ- 120-2,4 4. задающий гененерэтор 5 на базе микросхем К110ВПП1, резисторы МЛТ2 6, 7. измеритель 8 разности фаз Ф2-13. датчики 9, 10 тока ТК-20, ключ 11 на полевом транзисторе КП 310А. генератор 12 с регулируемой скважностью импульсов КР1006ВИ1. усилитель 13 на микросхеме К140УД6, фотопирометр 14, толкатель 15с гидроусилителем 16 Р102-АЛ64 и реле РЭС 9 17.

Увеличение производительности процесса при стабильном качестве заготовки по сравнению с известным происходит за счет уменьшения времени спекания, что видно из таблицы, в которую сведены результаты опытов.

Формула изобретения

Способ спекания заготовок из металлических порошков, преимущественно ферромагнитных, в индукционных нагревателях, включающий нагрев изделия по заданному температурно-временному режиму и выдержку изделия при температуре спекания в течение времени, необходимого для достижения изделием заданных эталонных свойств, отличающийся тем. что, с целью повышения производительности, температурно-временной режим осуществляют путем изменения собственной резонансной частоты контура, образованного индуктором со спекаемым изделием, а длительность выдержки определяют по достижению резонансной частотой контура величины, равной заданной эталонной.

И-обретение относится к способам спекания заготовок из металлических порошков, поеимущественно ферромагнитных, о индукционных нагревателях Цель - повышение производительности. Заготовку спекают в установке индукционного нагрева, включающей параллельный колебательный контур индукционного нагревателя и высо кочастотный источник питания по определенному температурно-временному режиму Скорость нагрева заготовки регулируют путем периодической расстройки и последующей настройки высокочастотного источника питания в резонанс с колебательным контуром индукционного нагревателя поо- порционально разности установленной и измеряемой температур, определяют резонансную частоту контура, сравнивают ее с заданной, а о спеченности заготовки судят по достижении резонансной частотой величины заданной по технологии 2 ил 1 табл сл с