45853

Порошковая металлургия

Доклад

Производство и промышленные технологии

Порошковая металлургия - это отрасль технологии занимающаяся изготовлением изделий из порошков металлов их окислов и смесей металлических и диэлектрических порошков. Методы и средства технологии порошковой металлургии или технологии металлокерамики как ее называют отличаются высокой экономичностью при изготовлении изделий позволяют получать материалы и детали характеризующиеся высокой механической прочностью жаростойкостью и особыми физикомеханическими свойствами. Порошковой металлургией изготавливают алмазнометаллические материалы...

Русский

2013-11-18

17.54 KB

23 чел.

118.Порошковая металлургия – это отрасль технологии, занимающаяся изготовлением изделий из порошков металлов, их окислов и смесей металлических и диэлектрических порошков. Методы и средства технологии порошковой металлургии, или технологии металлокерамики как ее называют, отличаются высокой экономичностью при изготовлении изделий, позволяют получать материалы и детали, характеризующиеся высокой механической прочностью, жаростойкостью и особыми физико-механическими свойствами. Порошковая металлургия позволяет получать псевдосплавы из таких несплавляющихся металлов, как, например, медь-вольфрам, серебро-вольфрам, композиционные металлы на основе металлов и окислов (серебро-окись кадмия), обладающих высокой электропроводностью и стойкостью к электроэрозионному изнашиванию. Металлокерамические твердые сплавы характеризуются высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Они являются основой для изготовления режущих инструментов, применяемых для обработки материалов высокой прочности и твердости. Твердые сплавы изготовляют на основе карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC) и связующего материала (кобальта). Порошковой металлургией изготавливают алмазно-металлические материалы, характеризуемые высокими режущими свойствами и применяемые в качестве режущих инструментов при изготовлении изделий из полупроводников и пьезоэлектрических монокристаллов. В качестве связки алмазных порошков используют металлические порошки (медные, никелевые и др.) или сплавы. Порошковую металлургию широко применяют для получения материалов и изделий с электромагнитными свойствами (ферриты, магнитодиэлектрики, постоянные магниты из высококоэрцитивных сплавов и т.д.).

Изготовление изделий методами порошковой металлургии наиболее экономически эффективно при крупносерийном и массовом производстве. Автоматизация всех технологических операций позволяет не только повысить производительность процесса и снизить трудоемкость, но и обеспечить высокое качество изготовляемых изделий.        Изделия, изготавливаемые МПМ, обладают пористостью, значение которой может изменяться от 25 до 2%. При этом механические свойства (предел прочности и пластичность) изделий повышаются с уменьшением пористости. Для получения изделий с хорошими механическими свойствами используют более сложные технологические процессы, включающие двойное (тройное) прессование порошка, калибровку, горячее прессование и т.д.

Основным содержанием технологии порошковой металлургии являются процессы изготовления порошков, процессы формирования изделий и процессы спекания.

Способы изготовления порошков бывают двух видов: механические и физико-химические. Механические способы состоят в измельчении исходного сырья (стружки, кусочков проволоки, осадков, получаемых электролизом, и т.д.) в шаровых или вихревых мельницах. При применении механических способов не происходит изменение химического состава исходного материала.

К физико-химическим способам получения порошков относятся восстановление металла из окислов, электролиз, диссоциация карбонилов и т.д. Физико-механические способы более универсальны, чем механические. Порошки из тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть получены только физико-химическими способами.

После приготовления порошков их подвергают отжигу для снятия наклепа и восстановления оксидов при температуре Т = (0,5 – 0,6) Тпл (Тпл – температура плавления) в защитной или восстановительной среде. Отжигу подвергают порошки, полученные механическим измельчением, электролизом и разложением карбонилов. Для получения однородности порошков по размеру частиц их подвергают механической сепарации на вибрационных ситах.

В порошки вводят технологические присадки различного назначения: пластификаторы (парафин, стеарин, олеиновую кислоту и др.), облегчающие прессование и получение изделий высокого качества; легкоплавкие присадки, ускоряющие процесс спекания. Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных и других смешивающих устройствах.

Формообразование деталей из порошков производят прессованием. Применяют два вида прессования – холодное и горячее.

В качестве технологического оборудования для прессования в пресс-формах применяют гидравлические прессы, развивающие усилие от 0,25 до 90 МН, механические, кривошипные, эксцентриковые и специальные пресс-автоматы.

Гидростатическое прессование (рис. 8.2) применяют для получения металлокерамических заготовок, к которым не предъявляются высокие требования по точности геометрических размеров. Сущность процесса состоит в том, что порошковую массу 3, заключенную в эластическую оболочку 2, подвергают равномерному и всестороннему давлению в герметичной камере 1. В качестве рабочей жидкости, передающей давление на эластичную форму, применяют масло, воду, глицерин и др.

В последнее время для гидростатического прессования применяют методы, развивающие высокие давления в небольшой промежуток времени: прессование с помощью электрогидравлического эффекта, быстро сгорающих сжатых газовых смесей и др.

При горячем прессовании формообразование совмещают с процессом спекания. Температура горячего прессования составляет Т = (0,6 – 0,8)Тпл (Тпл – температура плавления порошка). Благодаря нагреву уплотнение порошковой массы протекает гораздо интенсивнее, чем при обычном холодном прессовании. Горячим прессованием получают материал, с высокой плотностью и повышенной прочностью. Этот способ применяют для получения деталей из таких плохо прессуемых и плохо спекаемых порошковых композиций, как тугоплавкие металлоподобные соединения (карбиды, бориды, силициды и т.д.).

Спекание – это термическая обработка спрессованных из порошков заготовок, в результате которой происходит формирование структуры и физико-механических свойств материала. В процессе спекания происходят следующие явления: восстановление оксидов, диффузия, рекристаллизация, миграция вакансий, дислокаций и др. Характер протекания этих явлений зависит от температуры и времени спекания, среды, в которой осуществляется спекание, и других факторов. Спекание проводят в три этапа: 1) нагрев до Т = 150 - 200 оС, в результате которого удаляются пластификаторы; 2) нагрев до температуры, равной 0,5 температуры спекания (снятие упругих напряжений и активное сцепление частиц); 3) окончательный нагрев до температуры спекания, выдержка в течение 30 - 90 мин. и охлаждение. Продолжительность этапов и температуры выбирают в зависимости от состава и зернистости порошка.

Спекание проводят в восстановительной атмосфере, способствующей удалению оксидов, или в вакууме.

Механическая обработка металлокерамических деталей применяется в тех случаях, когда прессованием нельзя получить изделия заданных формы и размеров с высокой точностью. Наиболее распространенными видами механической обработки являются точение, сверление и шлифование. Обработку резанием (точение, сверление) выполняют режущими инструментами из твердых сплавов при больших скоростях и малых подачах. Для обработки изделий из материалов высокой твердости применяют электрофизические методы: электроискровой, ультразвуковой, электронно-лучевой.

Защиту деталей от коррозии и создание декоративных покрытий осуществляют электрохимическими способами, оксидированием, фосфатированием и т.д.

        Преимуществами производства заготовок МПМ является возможность получения:
                - изделий из разнородных порошков (медь-вольфрам, железо-графит и др.);
                - пористых изделий (фильтроэлементов, самосмазывающихся подшипников и др.);
                - изделий, требующих минимального объема механической обработки резанием для получения деталей с заданной точностью и качеством поверхностного слоя.
        К недостаткам получения заготовок относятся:
                - ограниченность размеров получаемых деталей;
                - остаточную пористость изделий, условия работы которых связаны с воздействием динамических напряжений большой интенсивности;
                - высокую стоимость порошков (примерно в 3 раза дороже традиционных сталей того же химического состава).
        Типовыми деталями, изготовляемыми из порошковых заготовок, являются шестерни, кулачки, звездочки, шайбы, заглушки, гайки, втулки, фланцы и пр.