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弹性后效

发布时间:2019-12-31 13:47    点击次数:61次   

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  弹性后效指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用,其弹性变形随时间缓缓增长的现象。在去除载荷后,不能立即恢复而需要经过一段足够时间之后才能逐渐恢复原状。材料越均匀,弹性后效越小。高熔点的材料,弹性后效极小。弹性后效是弹性材料的非弹性性能之一,对仪表精度有着直接的影响。对于仪表用弹性敏感元件的设计和制造,具有其特殊的重要。

  如下图所示,把一定大小的应力骤然加到多晶体金属试样上,试样立即产生的弹性应变仅是该应力所应该引起的总应变(OH)中的一部分(OC),其余部分的应变(CH)是在保持该应力大小不变的条件下逐渐产生的,此现象称为正弹性后效,或称弹性蠕变或冷蠕变。当外力骤然去除后,弹性应变消失,但也不是全部应变同时消失,而只先消失一部分(DH),其余部分(OD)也是逐渐消失的。此现象称为反弹性后效。

  工程上通常所说的弹性后效就是指的这种反弹性后效。总之,这种在应力作用下应变不断随时间而发展的行为,以及应力去除后应变逐渐恢复的现象都可统称为弹性后效。

  弹性后效现象在仪表、精密机械制造业中极为重要。如长期承受载荷的测力弹簧材料、薄膜材料等,就应考虑正弹性后效问题。如油压表(或气压表)的测力弹簧,就不允许有弹性后效现象,否则测量失真甚至无法使用。通常经过校直的工件,放置一段时间后又会变弯,这便是由于反弹性后效引起的结果,也可能是由于工件中存在的第Ι类残余内应力引起的正弹性后效的结果。前者可以在校直后通过合理选择回火温度(钢为300~450℃,铜合金为150~200℃),在回火过程中设法使反弹性后效最充分地进行,从而避免工件在以后使用中再发生变形。

  糊料在成型过程中,颗粒不但有塑性变形,也有弹性变形。当压块除去压力或脱模后,由于弹性应力的弛放,压块将发生弹性膨胀,体积增大,这种现象称为弹性后效。弹性后效的大小以压块体积膨胀百分数来表示,弹性后效的结果是降低了糊料颗粒间的内应力,颗粒间的接触面积也有所减少,这样,就导致颗粒间断裂,形成较大裂纹,造成裂纹废品的产生。这种现象有时在脱模时立即产生,有时在放置一段时间才产生,因此,为了防止生制品在焙烧前开裂,应尽快将其装炉焙烧。实验证明,模压制品在高度方向上的弹性膨胀大于它在直径方向的膨胀,这是因为模压制品在高度方向所受压力大于它在直径方向所受的侧压力,使在高度方向上所表现的应力更为集中所致。

  产生弹性膨胀现象的原因主要是粉末体在压制过程中受到压力作用后,粉末颗粒发生塑性变形,从而在压胚内部聚集很大的内应力,其方向与颗粒所受的外力方向相反,力图阻止颗粒变形。当压制压力消除后,弹性内应力便要松弛与释放,从而改变颗粒的外形和颗粒间的接触状态,这就使粉末压胚发生膨胀。如前所述,压胚的各个方向受力大小不一样,因此,弹性内应力也不相同,所以,压胚的弹性后改就有各向异性的特点。由于轴向压力比侧压力大,因此,沿压胚高度方向的弹性后效比横向的要大一些,压胚的压制方向的尺寸变化可达5%~6%,而垂直于压制方向上的尺寸变化为1%~3%。

  弹性后效的结果是降低了糊料颗粒间的内应力,也使接触面积有所减少,致使颗粒接触断裂成为较大的裂纹,造成废品的产生。这种现象有时在脱模时或从模嘴压出后立即产生,若模压压制压力很高,脱模出来就裂开成一层一层的(层裂),有时也可在放置一个时期后产生,因此,为了防止压块的焙烧前裂开,及时或尽早装炉焙烧是有益的。

  弹性后效对模压产品影响很大,其次是等静压成形、挤压成形和振动成形。因此模压生产中应特别注意。影响及改变弹性后效的因素很多,主要有如下几点。

  金属材料应该进行退火可以提高压粉的可塑性,炭素材料混捏温度不得过高,应视其粒度大小增减黏结剂用量,使每一颗粒表面有足够厚度的黏结剂层。成形时,压粉温度不宜过低。例如,对于使用软化点为80℃以内的煤沥青为黏结剂的压粉,在成形时压粉温度应不低于15℃。在金属压粉中加入较多的石墨粉时,由于石墨和金属的塑性变形不同,会引起可塑性的降低。因此,含20%以上石墨粉的金属压粉,就必须加入适当的黏结剂,以提高其可塑性。

  生胚弹性后效大小和粒度组成有较大的关系,细颗粒多,其比表面积大,颗粒间相互咬合就比;大颗粒少,内应力易于释放。同时,由于比表面积大,颗粒间的摩擦面要得到与粗颗粒具有同样密度的压块,必须提高压制压力,因而在压块中储存的内应力就大,表现为弹性后效大。粉末粒度越细,弹性后效越大。颗粒表面平滑、形状规则的颗粒间的机械咬合和交织作用较表面粗糙、形状不规则的颗粒的小因而弹性后效大。

  糊料的黏结剂适量,组成均匀,混捏质量好,糊料的塑性好,压块的弹性后效的膨胀力小于黏结力,则制品弹性后效就较小。若糊料的黏结剂过少,混捏不均匀或压制温度过低,塑性变差,其弹性后效的膨胀力大于糊料的黏结力,制品就会因弹性后效的增大而裂开。

  弹性后效随成形压力的增大而增大,对塑性不好的糊料更为显著。对于塑性好、糊料内颗粒表面粗糙的糊料,当压力增大时,相应增加了颗粒的接触面,因此,压力对弹性后效的影响较小。对于模压成形的压块在高度方向的弹性膨胀大于横向的膨胀,这是因为高度方向所受到的正压力都大于同一截面上侧面上所受的侧压力的结果。并且由于侧压力是沿压块方向从上到下逐渐降低的。因此,其横向的弹性后效也是从上到下沿压块方向逐渐降低的。

  压制时,粉末的压缩比越大,其弹性后效就愈大,也就是说压胚的相对密度愈大,其弹性后效就愈大。反之亦然。

  压模的材质和结构对弹性后效有影响,压模壁硬度高,结构简单则弹性后效小。因此,在设计模具和模嘴时,由于压胚内部弹性后效不均匀,所以脱模时在薄弱部分或应力集中部分就会出现裂纹,应综合考虑到压块的这种弹性后效的膨胀值。

  1、混捏温度不宜过高,混捏时间不宜太长,掌握好黏结剂的加入量。成型时,糊料的温度不要太低,这样都可以提高糊料的可塑性。

  2、延长压力的作用时间,能使颗粒的接触比较紧密。因为颗粒的位移、变形及气体的排出都需要一定的时间,在压制大型制品或厚度大的压块时,在最高压力下维持数秒钟至2~3min,或使压力从低到高分成2~3 段加压,可使颗粒充分移动,结合比较紧密,压块的密度与强度增大,有助于减少弹性后效,且密度与强度均略有增大。压制小型制品时压力维持时间对压块强度没有显著的影响。

  3、施加压力的速度慢一些,有助于压块密度和强度的均匀,也可以起到降低弹性后效的作用。铁别是对于较细的压粉,因为它们传力的]能力较差。厚度大的制品加压速度应该更慢些,反之,较薄如炭电阻片,则施压速度可以快些。的制品,

  4、在成形过程中由于粉料与模壁的摩擦、粉料颗粒间的摩擦,使压力分布不均而引起密度的不均,这是制品质量波动的重要原因之一。采用附加振动的方法,可以在较大程度上克服这种不均匀的现象,从而减小弹性后效。这是由于振动能促进粉料颗粒的位移,并使颗粒合理里排列,消除颗粒的架桥现象,因而在较低的压力下就能得到较高密度的压块。


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