Лабораторная работа 1. Определение гранулометрического состава.

Методические указания к лабораторным работам

по курсу "Порошковая металлургия”

направление 22.03.02 – Металлургия

Екатеринбург 2018

УДК 621.762(075.8)

Составитель         Л.Г. Елфимова

Научный редактор проф., д.т.н. С.С. Набойченко

Методические указания к лабораторным работам по разделу “Порошковая металлургия” для студентов специальности 110200-Металлургия цветных металлов / Л.Г. Елфимова . Екатеринбург: Изд. УГТУ, 2000. 16 с.

Методические указания содержат описания 6 лабораторных работ по определению физических и технологических свойств порошков. Приведены общие положения по технике безопасности работы с порошками, а также сведения об основных свойствах порошков и методах их определения

Библиогр.: 4 назв., Прил.1

Подготовлено кафедрой

“Металлургия  цветных металлов”

ãУральский государственный

Технический университет, 2000

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение                                                                                                                                   4

Общие указания                                                                                                                  4

Химические свойства порошков                                                                                     4

Физические свойства порошков                                                                                      5

3.1. Форма и размер частиц                                                                                                5

       Лабораторная работа 1. Определение гранулометрического состава порошка    6

       3.2. Удельная поверхность                                                                                           6

       Лабораторная работа 2. Определение удельной поверхности порошков              7

       3.3. Плотность порошков                                                                                             8

       Лабораторная работа 3. Определение плотности порошков                                   8

Технологические свойства порошков                                                                                

       4.1. Насыпная плотность                                                                                             9

       Лабораторная работа 4. Определение насыпной плотности порошков           9

       4.2. Текучесть                                                                                                        10

       Лабораторная работа 5. Определение текучести порошков                            10

       4.3. Прессуемость                                                                                                  10

       Лабораторная работа 6. Прессование порошков                                               11

Библиографический список                                                                                          13

Приложение                                                                                                                     14

ВВЕДЕНИЕ

Порошковая металлургия позволяет получать материалы и изделия из них со специфическими свойствами. Основными потребителями порошков являются автомобильная и электротехническая промышленность. Способы получения порошков различны, а в качестве сырья могут быть использованы не только чистые металлы, но и полупродукты, отходы производства.

В промышленном масштабе производят порошки меди, никеля, кобальта, свинца, олова, цинка, алюминия, серебра, вольфрама, благородных и редких металлов. Современное оборудование и технологии позволяют получать порошки с заданными свойствами. Контроль качества получаемых порошков является неотъемлемой частью их производства. Для определения свойств порошков разработаны различные методы контроля.

В методических указаниях представлены основные, наиболее доступные, способы определения физических и технологических свойств порошков.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Рекомендации к выполнению лабораторной работы.

Выполнение работ начинается только после инструктажа преподавателем по технике безопасности и росписи студента в листке инструктажа.

Работы следует выполнять в спецодежде (халатах).

Предварительно необходимо изучить инструкции по эксплуатации приборов и рекомендации по выполнению работы.

1.2. Правила работы с порошками.

Порошки, применяемые в работах, мелкодисперсны, пылеобразны, токсичны. Необходимо:

1. При просеве, измельчении, смешивании, взятии навесок, заполнении пресс-формы следить за тем, чтобы порошок не пылил и не попадал на кожу лица и рук.

2. Хранить порошки в закрытых стеклянных или металлических банках, а навески - в бумажных пакетах

3. При измельчении, смешивании, просеве следить за герметичностью оборудования.

4. Просыпавшиеся порошки убирать влажной тряпкой.

5. После окончания работы навести порядок на рабочем месте и вымыть руки.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ

Химический состав порошков определяется содержанием одного или нескольких основных компонентов, а также содержанием примесей, загрязнений и газов. Содержание основного материала, как правило, составляет не менее 98-99 %. Методы определения химического состава порошков практически не отличаются от методов анализа состава компактных металлов.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ

К физическим свойствам порошков относятся форма, размер частиц, гранулометрический состав, удельная поверхность, плотность и др.

3.1. Форма и размер частиц.

 3.1.1. Форма частиц зависит от метода получения и обработки порошка. Существуют следующие морфологические типы частиц:

- сферические и округлые частицы;

- губчатые агломерированные;

- дендритные;

- оскольчатые;

- чешуйчатые, тарельчатые, лепестковые;

- правильно ограненные;

- сложной неправильной формы.

Форма частиц оказывает влияние на насыпную массу, текучесть, прессуемость порошков и прочность брикетов.

Порошки в зависимости от размера частиц условно подразделяются на группы:

1) ультратонкие - с размером частиц менее 0,5 мкм;

2) весьма тонкие - с размером частиц от 0,5 до 10 мкм;

3) тонкие - с размером частиц от 10 до 40 мкм;

4) средние - с размером частиц от 40 до 150 мкм;

5) крупные - с размером частиц от 150 до 500 мкм.

3.1.2. Определение размеров частиц.

       Для определения размеров частиц и гранулометрического состава порошков используют ситовой, седиментационный и микроскопический анализы.

Ситовой анализ. Для проведения анализа используется комплект сит с квадратными ячейками. Каждый номер сетки соответствует номинальному размеру сторон ячейки в свету в миллиметрах. Сита устанавливают последовательно, вверху - с более крупными отверстиями. Комплект сит помещают на вибростенд. На верхнее сито засыпается навеска порошка массой 100 г. Рассев производится 15-20 мин, после чего остаток на каждом сите взвешивают и определяют процентное содержание этой фракции.

Применяется для анализа средних и крупных порошков.

Седиментационный анализ производится путем расчета, основанного на разнице в скорости оседания частиц разных размеров в вязкой среде. Применяется для порошков с размером частиц от 1 до 100 мкм.

Микроскопический анализ применяется для еще более тонких порошков с размером частиц от 0,001 мкм до 1 мкм. При использовании оптического микроскопа в его трубе устанавливают окуляр-микрометр. С помощью шкалы определяют размеры отдельных зерен, а затем подсчитывают процентное содержание зерен определенных размеров. Для определения размеров частиц до 1 нм применяют электронный микроскоп.

Лабораторная работа 1. Определение гранулометрического состава.

Порядок выполнения работы:

1. Собрав набор сит в порядке уменьшения отверстий сверху вниз, поместить навеску порошка массой 100 г на верхнее сито.

2. В течение 15 мин. произвести рассев, после чего сита осторожно разобрать, фракции ссыпать и взвесить с точностью ±1,0 г. Содержание каждой фракции (в %) в пробе определить по формуле:

,                                                                                        (1)

где  а₁, а₂, а_n - масса фракций, г.

Обработка результатов.

1. Результаты записать в таблицу 3.1., по полученным данным рассчитать средний размер частиц каждой фракции.

Таблица 3.1.

                   Результаты определения гранулометрического состава

Зная верхний и нижний номинальные размеры частиц внутри одной фракции, средний размер определяется как среднее арифметическое. Например, для фракции 100 + 80 мкм

2. Построить график гранулометрического состава (кривая распределения), отложив по оси абсцисс средний размер частиц определенной фракции, а по оси ординат - процентное содержание фракции.

3. Рассчитать средний размер частиц для данного порошка по формуле:

,                                                                            (2)

где а _i - массовая доля фракции с определенным размером, %; D _{i cр.} - средний размер частиц каждой фракции, мкм.

3.2. Удельная поверхность.

3.2.1. Под удельной поверхностью понимают суммарную поверхность всех частиц порошка в единице объема или массы. С увеличением удельной поверхности порошка возрастает количество адсорбированных газов на поверхности частиц, что ухудшает прессуемость порошков. Мелкозернистые порошки имеют большую удельную поверхность, чем крупнозернистые.