Тема 5 Основы порошковой металлургии.
Механические и физико-химические способы получения порошков. Предварительная обработка порошков: отжиг, рассев на фракции, смешивание. Формование порошков, методы формования. Спекание и дополнительная обработка спеченных изделий. Твердофазное и жидкофазное спекание, пропитка. Термообработка спеченных изделий и их калибровка.
Производство материалов методами порошковой металлургии
Общая характеристика методов порошковой металлургии
Порошковой металлургией называют область техники, в которой занима-ются изготовлением металлических изделий из спрессованных или сформованных порошков путём спекания без расплавления.
Характерная особенность порошковой металлургии - применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуются в изделия заданных размеров и подвергаются термообработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления основного компонента шихты или с частичным расплавлением наименее тугоплавкой составляющей смеси.
Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций:
– получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или их сплавы, соединения металлов с неметаллами и различные другие химические соединения;
– прессование из подготовленной шихты изделий необходимой формы в специальных пресс-формах;
|
|
|
– термическая обработка или спекание спрессованных изделий, придающее им окончательные физико-механические свойства.
Изделия, изготавливаемые методами порошковой металлургии называются спечёнными материалами.
Основные достоинства порошковой металлургии:
– возможность получения материалов, которые трудно или невозможно получить другими способами. Например, некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал), сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.), композиции металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (вольфрам – медь), композиции из металлов и неметаллов (медь – графит, алюминий – оксид алюминия и др.), пористые материалы (подшипники, фильтры, теплообменники и др.);
– возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями за счет экономии металла и значительного снижения себестоимости продукции. Например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием до 60 – 80% металла теряется в литниках или идёт в стружку;
|
|
|
– возможность получить материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у литых сплавов, за счет использования чистых исходных порошков.
Порошковая металлургия имеет и недостатки, которые препятствуют её развитию:
– сравнительно высокая стоимость металлических порошков;
– необходимость спекания в защитной атмосфере, что увеличивает стоимость изделий;
– трудность изготовления изделий больших размеров;
– сложность получения металлов и сплавов в беспористом, компактном состоянии;
– необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.
Недостатки и некоторые достоинства порошковой металлургии нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы. Они зависят от состояния и развития, как самой порошковой металлургии, так и других отраслей промышленности. По мере развития техники порошковая металлургия может вытесняться из одних областей и перемещаться в другие. В то же время основные достоинства порошковой металлургии являются постоянно действующим фактором, который сохранит своё значение и при дальнейшем развитии техники.
Производство порошков
Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии начинается с получения металлических порошков.
|
|
|
В практике металлические порошки характеризуются по следующим свойствам:
– физическим;
– химическим;
– технологическим.
К физическим свойствам порошков относят преобладающую форму частиц и гранулометрический состав порошка. Форма частиц в основном зависит от способа получения и может быть сферической, губчатой, осколочной, дендритной, тарельчатой, чешуйчатой. Форма частиц оказывает влияние на плотность, прочность и однородность прессовки. Наибольшую прочность прессовок дают частицы дендритной формы. В этом случае упрочнение порошков при прессовании вызывается действием сил сцепления, заклиниванием частиц, переплетением выступов и ответвлением.
Размер частиц порошков, получаемых различными методами колеблется от долей микрометра до долей миллиметра.
Для получения прочной прессовки необходим порошок с определенными размерами частиц и набором их по крупности. В практике никогда не встречаются металлические порошки с частицами одной крупности.
Гранулометрический состав порошка представляет собой относительное содержание фракций частиц различной крупности. В сочетании с другими свойствами он влияет на удельное давление при прессовании, необходимое для достижения заданных механических свойств спечённых изделий.
|
|
|
К химическим свойствам порошков относят в первую очередь содержание основного металла, примесей и загрязнений. На химические свойства влияет также содержание газов в связанном, адсорбированном или растворенном состоянии. Содержание основного металла в порошках бывает не ниже 98 – 99%, и такая чистота порошковых металлов для большинства спеченных изделий является удовлетворительной.
Вредными примесями для железного порошка являются примеси кремнезема, оксидов алюминия и марганца. Эти примеси затрудняют прессование порошков, увеличивают износ пресс-форм.
Присутствие в порошках значительного количества газов (кислород, водород, азот и др.), адсорбированных на поверхности частиц, а также попавших внутрь частиц в процессе изготовления и в результате разложения при нагреве загрязнений увеличивает хрупкость порошков, затрудняет прессование, а интенсивное выделение их при спекании может привести к короблению изделий. Поэтому порошки иногда подвергают вакуумной обработке для отгонки газов.
Под технологическими свойствами порошков понимают:
– насыпная масса порошка;
– текучесть;
– прессуемость.
Насыпная масса порошка – это масса единицы его объёма при свободной насыпке. Она определяется плотностью материала порошка, размером и формой его частиц, плотностью укладки частиц и состоянием их поверхности. Например, сферические порошки с гладкой поверхностью обеспечивают более высокую насыпную плотность.
Текучесть порошка – это способность перемещаться под действием силы тяжести. Она оценивается временем истечения определённой навески (50 г) через калиброванное отверстие (диаметр 2,5 мм). Текучесть зависит от плотности материала, гранулометрического состава, формы и состояния поверхности частиц и влияет на производительность автоматических прессов при прессовании, так как она определяет время заполнения порошком пресс-формы. Текучесть ухудшается при увлажнении порошка, увеличении его удельной поверхности и доли мелкой фракции.
Прессуемость порошка – это способность порошка под влиянием внешнего усилия приобретать и удерживать определённую форму и размеры.
Порошки одного и того же химического состава, но с разными физическими характеристиками могут обладать различными технологическими свойствами, что влияет на условия дальнейшего превращения порошков в готовые изделия.
Поэтому физические, химические и технологические свойства порошков находятся в непосредственной зависимости от метода получения порошка.
Но не только качественные характеристики порошка лежат в основе выбора способа получения порошков. Очень важными при оценке метода производства порошков являются вопросы экономики – себестоимость порошка, размер капиталовложений, стоимость переработки порошка в изделия.
Все способы получения порошков можно разделить на две группы:
– механические способы;
– физико-химические.
Механическими способами получения порошков считаются такие технологические процессы, при которых исходный материал в результате воздействия внешних сил измельчается без изменения химического состава.
К физико-химическим способам относят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья в результате глубоких физико-химических превращений. При этом конечный продукт (порошок), как правило, отличается от исходного материала по химическому составу.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 454; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!