Пористость спечённых материалов

Что измеряет пористость

Пористость спечённого материала — доля пустот в наружном объёме изделия. Для силовой детали поры уменьшают рабочее сечение и создают концентрацию напряжений; для фильтра или маслонаполненной втулки часть пор выполняет полезную функцию. Поэтому требование «минимальная пористость» оправдано не всегда. В чертеже и протоколе необходимо разделить общий объём пустот, доступный объём пор и функциональную характеристику изделия.

Открытые поры сообщаются с внешней поверхностью и доступны жидкости при выбранной процедуре насыщения. Закрытые поры изолированы внутри материала. Даже открытая пора может оказаться тупиковой: доступ жидкости ещё не означает наличие сквозного канала для потока. Величина, полученная пропиткой, зависит от доступности узких горловин, смачивания и полноты заполнения. Её нельзя автоматически назвать общей пористостью.

Плотность и состав

Для сухого образца плотность ρ = m/V определяют по массе металла и наружному объёму, включающему поры. При известной плотности полностью плотного материала того же состава ρ₀ общая пористость равна P = (1 − ρ/ρ₀) × 100%. Расчёт применим только при этих определениях. Плотность насыпного порошка, плотность металлического скелета и плотность пропитанной детали подставлять вместо ρ нельзя.

Теоретическая плотность должна соответствовать действительным фазам и температуре измерения. Для идеализированной смеси с аддитивными объёмами и массовыми долями wᵢ используют 1/ρ₀ = Σ(wᵢ/ρᵢ). При объёмных долях vᵢ формула другая: ρ₀ = Σ(vᵢρᵢ). Реакции, растворение легирующих элементов и изменение фазового состава при спекании ограничивают точность такой оценки. Ошибка эталонной плотности непосредственно переходит в ошибку рассчитанной пористости.

Условный пример

Пусть сухая масса образца равна 70,20 г, наружный объём — 10,00 см³, а плотность полностью плотного материала задана как 7,80 г/см³. Тогда ρ = 7,02 г/см³, относительная плотность D = 7,02/7,80 = 0,900 и общая пористость составляет 10,0%. Отдельное измерение доступного объёма пор дало 0,65 см³: открытая пористость равна 6,5%. При согласованных методах оставшиеся 3,5% относят к закрытой пористости. Это учебные исходные, а не характеристика конкретной марки.

Если при насыщении часть открытых пор не заполнилась, разность 10,0 − 6,5 уже не доказывает наличие именно 3,5% закрытых пор. Перед таким выводом проверяют чистоту, удаление масла и полноту насыщения. Для тонкой детали неопределённость наружного объёма также может быть сопоставима с искомой долей пор.

Что означает одинаковая доля пустот

Два образца с одинаковыми 10% пор могут иметь разную прочность. Крупные угловатые поры, цепочки пустот и дефекты возле поверхности действуют иначе, чем мелкие округлые поры. По одной плотности нельзя восстановить форму, размеры и распределение дефектов. Для ответственных изделий плотность сопоставляют с металлографией, локальным распределением пор и испытаниями свойства, существенного для нагрузки.

При спекании частицы образуют шейки, структура пор перестраивается, а часть каналов закрывается. Плотность может увеличиться, одновременно ухудшая проницаемость. При калибровании особенно важно состояние поверхностного слоя: локальное закрытие пор изменяет пропитку и поток без большого изменения средней плотности. Приёмочный показатель выбирают по назначению детали, а сравниваемые результаты получают в одинаковом состоянии образца. ISO 2738 описывает измерение плотности, содержания масла и открытой пористости; эти величины следует указывать раздельно.

Параметры и их смысл

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Первичные источники

• ISO 2738:2026 — плотность, масло и открытая пористость