Череповецький Державний Університет
Інститут Педагогіки і Психології
Кафедра професійної освіти.
Реферат
Тема: «Порошкова металургія».
Виконав:
Студент групи 4 ПО-32
Слимаків Д.І.
Перевірила:
Мошинська Р.В.
Череповець 2007 рік.
Зміст:
1. Введення
2. Історія розвиток порошкової металургії
3. Виробництво порошків
4. Формування порошків.
5. Спікання порошкових матеріалів
6. Властивості і галузі застосування порошкових матеріалів
7. Висновок.
8. Література
Введення.
Виробництво деталей з металевих порошків відноситься до галузі техніки, званої металокерамікою або порошковою металургією. Метод порошкової металургії дозволяє отримати матеріали і деталі, що мають високу жароміцністю, зносостійкістю, твердістю, заданими стабільними магнітними властивостями. При цьому порошкова металургія дозволяє отримувати більшу економію металу і значно знижувати собівартість виробів.
Порошкова металургія дозволяє отримувати металокерамічні матеріали з особливими фізико-хімічними, механічними та технологічними властивостями, які неможливо отримати методами лиття, обробки тиском.
Однак багато металокерамічні матеріали і деталі мають низькі механічні властивості (пластичність і ударну в'язкість). Крім того, в ряді випадків вартість металевих порошків значно перевищує вартість литих металів.
Розвиток порошкової металургії зумовлено переважно тим, що її технологічні операції порівняно прості, а досягається з їх допомогою ефект у багатьох випадках виявляється вражаючим. Тільки порошкова металургія дозволила подолати труднощі, що виникли при виробництві виробів з тугоплавких (температура плавлення 2000 ° С і вище) металів, отримувати сплави з металів з різко відрізняються температурами плавлення, виготовляти матеріали з металів і неметалів або з декількох шарів різнорідних компонентів, виробляти фільтруючі матеріали з рівномірною об'ємної пористістю і успішно вирішувати інші завдання.
Історія розвитку порошкової металургії.
Російські вчені Петро Григорович Соболевський (1782 - 1841 рр..) Та Василь Васильович Любарський (1795 - 1854 рр..), 26 травня 1826 р . виготовили перші промислові вироби, застосувавши пресування і спікання платинового порошку.
Організувавши випуск платинових монет, тиглів та інших виробів, П.Г. Соболевський і В.В. Любарський на три роки випередили англійця Волластана, який запропонував в 1829 р . аналогічний спосіб отримання компактної платини.
Початок ХХ ст. ознаменувався бурхливим розвитком електротехніки, яка вимагала матеріали (такі як дріт, з вольфраму і молібдену, мідно-графітові щітки та ін), які не можна було, виготовить звичайними для того часу методами. Порошкова металургія з успіхом подолала виникли труднощі, а потім з'явилися спечені магнітні та контактні матеріали, самозмазуючі підшипники, тверді сплави і т.д.
У 1918 р . на другому засіданні Гірського Ради при ВРНГ розглядалося питання про видобуток вольфраму і молібдену, а при Главхіме ВРНГ була організована Комісія по рідкісних металів, що перетворилася на 1921 р . в «Бюрель» - Науково-технічне бюро з промислового застосування рідкісних елементів. Дослідження в цьому бюро послужили основою створення в СРСР із застосуванням методів порошкової металургії промислового виробництва тугоплавких металів, твердих сплавів і тугоплавких сполук рідкісних металів. Освоєння технології виготовлення різних порошків дало поштовх розвитку робіт в області виробництва спечених виробів конструкційного призначення. Крім технологічних розробок були проведені великі дослідження в області створення наукових основ порошкового металознавства та порошкової металургії.
У 70-ті роки в СРСР було кілька сот наукових організацій та спеціалізованих виробництв, які беруть активну участь у розвитку порошкової металургії. Серед них найбільшими є Центральний науково-дослідний інститут чорної металургії (ЦНІІчермет), Всесоюзний науково-дослідний інститут електромеханіки (ВНІІЕМ), Всесоюзний науково-дослідний і проектний інститут тугоплавких металів і твердих сплавів (ВНІІТС) і ін
Виробництво порошків.
Сутність порошкової металургії полягає у виробництві порошків і виготовлення з них виробів, покриттів або матеріалів багатофункціонального призначення за безвідходною технологією. Порошок отримують з металевого та неметалічного сировини, а також вторинної сировини машинобудівного і металургійного виробництва. Технологічний процес виробництва і обробки виробів і матеріалів методами порошкової металургії включає отримання порошків, їх формування в заготовки, спікання (температурну обробку) і при необхідності остаточну обробку (доведення, калібрування, ущільнююче обтиснення, термообробку).
Способи виробництва порошків поділяють на механічні (без зміни хімічного складу вихідних матеріалів), фізико-хімічні і комбіновані.
Механічний метод має на увазі механічне подрібнення компактних матеріалів, що здійснюється шляхом дроблення, помелу або стирання в спеціальних агрегатах-млинах (вихрових, планетарних, відцентрових, кульових, вібраційних, що обертаються і т.д.).
Фізико-хімічні методи отримання металевих порошків. З'єднання галогеніди металів, які відновлюються або воднем, або активними металами (натрій і магній). Механізм відновлення більшості твердих сполук газоподібними відновниками грунтується на адсорбційно-автокаталітіческій теорії.
Відновлювачі, використовувані при відновленні порошків.
Восстановителями служать гази (водень, оксид вуглецю, дисоційованому аміак, природний конвертований, водяний, коксовий або доменний гази), твердий вуглець (кокс, деревне вугілля, сажа) і метали. Вибір відновника залежить не тільки від термодинамічних оцінок, але і від летючості, яка повинна бути мінімальною, тому що інакше процес потрібно вести при підвищеному тиску за рахунок аргону або інших інертних газів.
Залізний порошок - основа великотоннажний ПМ. Існують методи отримання порошків з FeCl 2. Відновлений воднем залізний порошок має високу чистоту і вартість.
Відновлення оксидом вуглецю проводиться при температурах вище 1000 ° С на основі адсорбційно - каталітичного механізму. Відновлення твердим вуглецем відбувається при 900-1000 ° С.
Содовий метод застосовується для одержання порошку підвищеної чистоти. У шихту додають 10 - 20% соди, з якою при відновленні взаємодіють домішки, утворюючи розчинні у воді натрієві алюмінати.
Комбінований процес включає в себе відновлення магнієм, а після відмивання - кальцієм, витрата якого знижується в два рази. Відновлення гідридом кальцію отримують порошок титану і його гідриду. Відновлення хлориду титану натрієм. Хлорид титану отримують хлоруванням концентрату руд, очищенням та фракційної дистиляцією. Відновлення хлориду титану магнієм найбільш економічний спосіб. Реакція відбувається при 800 - 900 ° С. Сталевий герметичний апарат заповнюють злитками магнію, відкачують повітря, заповнюють аргоном, плавлять магній, зверху подають лімітовану кількість хлориду титану, щоб не було перегріву.
Відновлення з розчинів, газоподібних сполук і в плазмі. З розчинів сполук Ni, Си, Со метали витісняють воднем в автоклавах. Зрушувати потенціал водню в негативну сторону можна, підвищуючи рН або збільшуючи тиск водню. Найефективніше змінювати рН, підвищення, якого на одиницю еквівалентно зміни тиску водню в 100 разів. Термічні розрахунки показують, зазначені метали можна осадити вже при 25 ° С і 0,1 МПа. Відновлення газоподібних сполук воднем здійснюється в киплячому шарі з галогенідів вольфраму, ренію, молібдену, ніобію і титану. Отримання високодисперсних порошків у плазмі перспективно для металів, карбідів, нітридів та ін Відновлювачі - водень або продукти плазмової конверсії з високою температурою і без окислювачів. Оксид нікелю відновлюють в струмені Аг - Н 2 або Аг - СВ, причому вміст водню близько до стехиометрическому, а теплообмін і плазмообразование відбуваються за рахунок аргону. Реакція лімітується дисоціацією NiO, повне його відновлення досягається при 7000 ° С.
Фізико-хімічні основи отримання порошків електролізом. Процес являє собою своєрідне відновлення: передача електронів до металу з одночасною перебудовою структури відбувається не з допомогою відновників, а за рахунок електричної енергії. Спосіб універсальний, забезпечує високу чистоту порошків. Електроліз - один із самих складних фізико-хімічних процесів виробництва порошків. Процес полягає в розкладанні водних розчинів сполук виділяється матеріалу. Наявність хлору та фтору на аноді змушує вживати заходів щодо запобігання його взаємодії з електролітом і порошком. Електроліт від порошків відокремлюється відгоном нагріванням або центрифугуванням і відмиванням.
Електроліз водних розчинів. Спосіб для отримання порошків міді, срібла, заліза, нікелю, кобальту, олова та ін Нікель, цинк, кобальт утворюють рівномірні щільні дрібнозернисті опади незалежно від природи електроліту. Срібло або кадмій ростуть у вигляді окремо сильно розгалужуються кристалів при електролізі простих солей, з розчину ціаністих солей вони виділяються у вигляді рівного гладкого шару.
Отримання мідного, нікелевого, залізного порошку. Мідний порошок отримують з розчину сірчанокислої міді, він має високу чистоту і регульовану дисперсність. Нікелевий порошок отримують електролізом аміачних розчинів хлорно - кислого нікелю. Особливості отримання залізного порошку пов'язані з тим, що в ряді напруг залізо розташовується лівіше водню, тому останній виділяється разом з воднем, погіршуючи вихід по струму і якості порошку.
Формування порошків.
Формування - це технологічна операція отримання виробу або заготовки заданої форми, розмірів і щільності обтисненням сипучих матеріалів (порошків). Ущільнення порошку здійснюється пресуванням у металевих прес-формах або еластичних оболонках, прокаткою, шлікерної литтям суспензії та іншими методами. Спосіб підготовки порошків до формованию вибирають виходячи з технологічних характеристик порошку, методу формування і подальшої термообробки (спікання), необхідних властивостей в умовах експлуатації.
Для металевих порошків основними підготовчими операціями є відпал, просіювання по фракціях і змішування. Відпал проводять для підвищення пластичності і пресованості порошків у захисному середовищі при температурі (0,4 ... 0,6) Т пл метала. Наприклад, мідний порошок отжигают в потоці відновного газу при 350 ... 400 0 С, а залізний - окисного при 650 ... 750 0 С. Порошок поділяють на фракції за величиною часток з використанням вібросит. Поділ виробляють також за допомогою повітряних сепараторів і седиментації (розділення рідких сумішей). Приготування однорідної за обсягом механічної суміші здійснюють шляхом змішування порошків у спеціальних змішувачах. Для отримання легованих частинок порошку проводять розмел суміші порошків основи і легуючих добавок у розмельних агрегатах.
Пресування порошків у металевій прес-формі під тиском стиснення приводить до зменшення обсягу порошку в результаті перерозподілу часток, заповнення пустот і пластичної деформації. Пресування не супроводжується повним усуненням пір. Щільність отриманої деталі - пресування за обсягом нерівномірна, що обумовлено нерівномірністю тиску, відмінністю фізико-механічних властивостей частинок (форми, розміру, твердості, насипної щільності), наявністю зовнішнього тертя частинок порошку об стінки прес-форми, міжчасткових тертям, наявністю бічного тиску. На стінки прес-форми передається значно менше бічний тиск, ніж у напрямку пресування, що обумовлено тертям між частинками, заклинюванням їх, що ускладнює їх переміщення в сторони. Після зняття тиску, а також при випрессовке брикету з прес-форми розміри пресування збільшуються (явище пружного післядії). Для підвищення і більш рівномірного розподілу щільності пресування по висоті використовують мастило стінок матриці прес-форми, що зменшує коефіцієнт зовнішнього і міжчасткових тертя. Рівномірність розподілу щільності збільшується при двосторонньому пресуванні верхнім і нижнім пуансонами (рис. 1) і всебічному стисканні (пресуванням в еластичній або деформируемой оболонці).
Рис. 1. Схема двостороннього пресування порошкових матеріалів:
а - без нагріву, б - з нагрівом
Використання вібрації при пресуванні підвищує щільність пресування. Імпульсні методи формування застосовують для труднопрессуемих порошків або якщо необхідно отримати особливі властивості матеріалу.
Формування порошку також здійснюють в гідро-і газостатах (ізостатичний), прокаткою, на гідродинамічних машинах і з використанням вибухових речовин (імпульсне), на вібраційних установках (вібраційний), продавлювання через отвір в інструменті (екструзія або мундштучний пресування), заливкою у форми - шлікерної лиття, при якому в форму заливають суспензію, що містить порошок і рідку зв'язку, та ін
Ізостатичне формування здійснюють в умовах всебічного стиснення, що забезпечує не тільки рівномірну щільність, але і усуває анізотропію властивостей (рис. 2).
Рис. 2. Система ізостатичного формування:
1 - робочий циліндр; 2 - пуансон; 3 - прес-шайба;
4 - робоча рідина; 5 - матриця; 6 - ущільнювач;
7 - матріцедержатель; 8 - контейнер з матеріалом
Прокатку порошків застосовують для виготовлення заготовок з конструкційних, електротехнічних, фрикційних і антифрикційних, пористих (фільтруючих) матеріалів (рис. 3).
Рис. 3. Схема прокатки з вертикальної (а) і
горизонтальній (б) шнекової подачею порошку
Для отримання виробів складної форми використовують шлікерної лиття. Після заповнення форми рідка складова шлікера видаляється нагріванням.
Спікання порошкових матеріалів.
Вид термічної обробки, що дозволяє отримати кінцеві властивості матеріалу і вироби, називається спіканням. Воно полягає в нагріві і витримці сформованого вироби (заготовки) при температурі нижче точки плавлення основного компонента. Для багатокомпонентних систем розрізняють твердофазне і рідиннофазної спікання.
Твердофазне спікання супроводжується виникненням і розвитком зв'язків між частинками, освітою і зростанням контактів (шийок), закриттям наскрізний пористості, укрупненням і сфероідізаціей пір, ущільненням заготовки за рахунок усадки (рис. 4, а). У процесі спікання відбувається масоперенос речовини через газову фазу за рахунок поверхневої та об'ємної дифузії, в'язкої течії, течії, викликаного зовнішніми навантаженнями (спікання під тиском). При спіканні спостерігається також рекристалізація (зростання одних зерен за рахунок інших тієї ж фази). Ущільнення при нагріванні в основному відбувається за рахунок об'ємної деформації частинок, здійснюваної шляхом об'ємної самодифузії атомів.
Рис. 4. Поверхні зламу спечених порошкових матеріалів (а) і утворення межпластінчатого контакту в умовах жидкофазного спікання (б)
Жидкофазная спікання протікає в присутності рідкої фази легкоплавкого компонента, яка добре змочує тверду фазу, покращує зчеплення між частинками, збільшує швидкість дифузії компонентів, полегшує переміщення часток один щодо одного. Погана змочуваність перешкоджає ущільненню. Тверда фаза в зоні контакту може розчинятися в рідкому, інтенсифікуючи процеси масопереносу (рис. 4, б). Розрізняють системи з нерозчинними компонентами, з обмеженою розчинністю і зі значною взаємною розчинністю компонентів. Жидкофазная спікання таких систем має свої особливості, пов'язані з переважанням однієї з стадій:
Ø в'язка течія рідини - перегрупування часток;
Ø розчинення - осадження; освіта жорсткого скелету.
Поєднання процесу пресування і спікання спостерігається при гарячому пресуванні, яке проводиться при температурі (0,5 ... 0,9) Т пл основного компонента. Висока температура пресування дозволяє знизити в кілька десятків разів тиск пресування. Час витримки складає від 15 ... 30 хв до декількох годин. Гаряче пресування застосовують для труднопрессуемих порошків з метою отримання високих фізико-механічних властивостей. Горячепрессованние деталі мають дрібнозернисту структуру. Прес-форму, в якій здійснюють гаряче пресування, виготовляють з жароміцних матеріалів, а при пресуванні тугоплавких сполук - з графіту, міцність якого зі збільшенням температури підвищується.
Властивості і галузі застосування порошкових матеріалів.
Антифрикційні пористі матеріали виготовляють на основі порошків заліза або міді з просоченням рідким мастилом (маслом) або з добавками твердої змащення (графіт, свинець, дисульфід молібдену, сірчистий цинк). Дані матеріали мають високі триботехническими властивостями, гарною прірабативаемостью, високу теплопровідність, достатньою в'язкістю при ударному навантаженні, забезпечують низький коефіцієнт тертя.
До фрикційним відносять матеріали з високим коефіцієнтом тертя. Вони мають високу фрикційної теплостійкістю і корозійною стійкістю. Їх виготовляють на основі міді або заліза з металевими і неметалевими компонентами для деталей, що працюють в маслі (75%) і при сухому терті. Фрикційні вироби складаються зі сталевої основи і фрикційних накладок, які припікаються до основи під тиском.
Електротехнічні матеріали поділяються на електроконтактні (металеві, металлографітовие, металооксидних і металлокарбідние), магнитомягкие (железонікелевих сплави, сплави заліза з кремнієм і алюмінієм або хромом та алюмінієм), магнітотверді (сплави на основі Fe-Al-Ni (Co), звані альні, альнико , магніко), магнітодіелектриків (карбонильное залізо, пермалой, альсифера), ферити (Fe 3 О 4 з добавками NiO, MgO, MnO, ZnO).
Аморфні матеріали, одержувані швидким (зі швидкістю 10 5 ... 10 6 0 С / с) охолодженням розплаву (Fe 40 N 40 P 10 B 8 O), є новим класом магнітних матеріалів, з яких виготовляють магнітні екрани, трансформатори та електродні прилади.
Спечені конструкційні матеріали виготовляються на основі конструкційної сталі (вуглецевої, медністой, кременистої, молібденової, хромомолібденової), титанових і алюмінієвих сплавів.
Підвищення твердості оброблюваних заготовок вимагало розширення діапазону які ріжучих матеріалів від твердих сплавів, минералокерамических матеріалів до штучних алмазів та інших надтвердих матеріалів, одержуваних методами порошкової металургії.
Тверді сплави використовують в ріжучих і контрольно-вимірювальних інструментах, робочих вставках фільєр час волочіння, матриці і пуансона при штампуванні і пресуванні. У машинобудуванні та приладобудуванні широко застосовують армовані твердими сплавами деталі. Наприклад, у текстильній промисловості застосовують тверді сплави для напрямних кілець і інших тертьових деталей; в порошкової металургії тверді сплави використовують для розмельних тіл і пресового інструменту.
Мінералокераміки застосовують для получістовой і чистової обробки різанням чавунів, загартованих і поліпшених сталей, кольорових і тугоплавких сплавів при високих (до 800 м / хв) швидкостях різання. Основу мінералокераміки становить
Ерозійно-стійкі та потіють матеріали мають комплекс властивостей, які неможливо отримати у сплавах. Вони виготовляються на основі тугоплавких металів або вуглецю у вигляді композицій.
Наприклад, шляхом просочення вольфрамового або вуглецевого каркасів рідкої міддю або сріблом. Деталі з такого матеріалу працюють в двигунах при температурі понад 2500 0 С. Під час роботи мідь (срібло) випаровується, що знижує тепловий потік і поліпшує умови роботи вольфрамового або вуглецевого каркасів.
Висновок.
Отже, вивчивши порошкову металургію можна зробити висновок, що технологія отримання металокерамічних матеріалів і деталей складається з ряду послідовних операцій: одержання металевих порошків, формування, спікання.
Сукупність основних і додаткових технологічних операцій (різання, свердління, шліфування, калібрування та ін) дозволяє вирішувати за допомогою порошкової металургії два завдання:
1. Виготовляти матеріали та вироби з особливими складами, структурою і властивостями, які недосяжні іншими методами виробництва;
2. Виготовляти матеріали та вироби зі звичайними складами, структурою і властивостями, але при значно більш вигідних економічних показниках виробництва.
Список літератури:
1. Технологія конструкційних матеріалів: підручник / О.С. Комаров, В.М. Ковалевський, А.С. Чаус та ін; під загальною редакцією О.С. Комарова. - Мн.: Нове знання, 2005. - 560 с.
2. Технологія металів. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков О.В., Арутюнова І.А., Шабашов С.П., Єфремов В.К., «Металургія», 1974. 648 с.
3. Знайомтеся - порошкова металургія. Лібенсон Г.А. М., «Металургія», 1976. 56 с.
Інститут Педагогіки і Психології
Кафедра професійної освіти.
Реферат
Тема: «Порошкова металургія».
Виконав:
Студент групи 4 ПО-32
Слимаків Д.І.
Перевірила:
Мошинська Р.В.
Череповець 2007 рік.
Зміст:
1. Введення
2. Історія розвиток порошкової металургії
3. Виробництво порошків
4. Формування порошків.
5. Спікання порошкових матеріалів
6. Властивості і галузі застосування порошкових матеріалів
7. Висновок.
8. Література
Введення.
Виробництво деталей з металевих порошків відноситься до галузі техніки, званої металокерамікою або порошковою металургією. Метод порошкової металургії дозволяє отримати матеріали і деталі, що мають високу жароміцністю, зносостійкістю, твердістю, заданими стабільними магнітними властивостями. При цьому порошкова металургія дозволяє отримувати більшу економію металу і значно знижувати собівартість виробів.
Порошкова металургія дозволяє отримувати металокерамічні матеріали з особливими фізико-хімічними, механічними та технологічними властивостями, які неможливо отримати методами лиття, обробки тиском.
Однак багато металокерамічні матеріали і деталі мають низькі механічні властивості (пластичність і ударну в'язкість). Крім того, в ряді випадків вартість металевих порошків значно перевищує вартість литих металів.
Розвиток порошкової металургії зумовлено переважно тим, що її технологічні операції порівняно прості, а досягається з їх допомогою ефект у багатьох випадках виявляється вражаючим. Тільки порошкова металургія дозволила подолати труднощі, що виникли при виробництві виробів з тугоплавких (температура плавлення 2000 ° С і вище) металів, отримувати сплави з металів з різко відрізняються температурами плавлення, виготовляти матеріали з металів і неметалів або з декількох шарів різнорідних компонентів, виробляти фільтруючі матеріали з рівномірною об'ємної пористістю і успішно вирішувати інші завдання.
Історія розвитку порошкової металургії.
Російські вчені Петро Григорович Соболевський (1782 - 1841 рр..) Та Василь Васильович Любарський (1795 - 1854 рр..), 26 травня
Організувавши випуск платинових монет, тиглів та інших виробів, П.Г. Соболевський і В.В. Любарський на три роки випередили англійця Волластана, який запропонував в
Початок ХХ ст. ознаменувався бурхливим розвитком електротехніки, яка вимагала матеріали (такі як дріт, з вольфраму і молібдену, мідно-графітові щітки та ін), які не можна було, виготовить звичайними для того часу методами. Порошкова металургія з успіхом подолала виникли труднощі, а потім з'явилися спечені магнітні та контактні матеріали, самозмазуючі підшипники, тверді сплави і т.д.
У
У 70-ті роки в СРСР було кілька сот наукових організацій та спеціалізованих виробництв, які беруть активну участь у розвитку порошкової металургії. Серед них найбільшими є Центральний науково-дослідний інститут чорної металургії (ЦНІІчермет), Всесоюзний науково-дослідний інститут електромеханіки (ВНІІЕМ), Всесоюзний науково-дослідний і проектний інститут тугоплавких металів і твердих сплавів (ВНІІТС) і ін
Виробництво порошків.
Сутність порошкової металургії полягає у виробництві порошків і виготовлення з них виробів, покриттів або матеріалів багатофункціонального призначення за безвідходною технологією. Порошок отримують з металевого та неметалічного сировини, а також вторинної сировини машинобудівного і металургійного виробництва. Технологічний процес виробництва і обробки виробів і матеріалів методами порошкової металургії включає отримання порошків, їх формування в заготовки, спікання (температурну обробку) і при необхідності остаточну обробку (доведення, калібрування, ущільнююче обтиснення, термообробку).
Способи виробництва порошків поділяють на механічні (без зміни хімічного складу вихідних матеріалів), фізико-хімічні і комбіновані.
Механічний метод має на увазі механічне подрібнення компактних матеріалів, що здійснюється шляхом дроблення, помелу або стирання в спеціальних агрегатах-млинах (вихрових, планетарних, відцентрових, кульових, вібраційних, що обертаються і т.д.).
Фізико-хімічні методи отримання металевих порошків. З'єднання галогеніди металів, які відновлюються або воднем, або активними металами (натрій і магній). Механізм відновлення більшості твердих сполук газоподібними відновниками грунтується на адсорбційно-автокаталітіческій теорії.
Відновлювачі, використовувані при відновленні порошків.
Восстановителями служать гази (водень, оксид вуглецю, дисоційованому аміак, природний конвертований, водяний, коксовий або доменний гази), твердий вуглець (кокс, деревне вугілля, сажа) і метали. Вибір відновника залежить не тільки від термодинамічних оцінок, але і від летючості, яка повинна бути мінімальною, тому що інакше процес потрібно вести при підвищеному тиску за рахунок аргону або інших інертних газів.
Залізний порошок - основа великотоннажний ПМ. Існують методи отримання порошків з FeCl 2. Відновлений воднем залізний порошок має високу чистоту і вартість.
Відновлення оксидом вуглецю проводиться при температурах вище 1000 ° С на основі адсорбційно - каталітичного механізму. Відновлення твердим вуглецем відбувається при 900-1000 ° С.
Содовий метод застосовується для одержання порошку підвищеної чистоти. У шихту додають 10 - 20% соди, з якою при відновленні взаємодіють домішки, утворюючи розчинні у воді натрієві алюмінати.
Комбінований процес включає в себе відновлення магнієм, а після відмивання - кальцієм, витрата якого знижується в два рази. Відновлення гідридом кальцію отримують порошок титану і його гідриду. Відновлення хлориду титану натрієм. Хлорид титану отримують хлоруванням концентрату руд, очищенням та фракційної дистиляцією. Відновлення хлориду титану магнієм найбільш економічний спосіб. Реакція відбувається при 800 - 900 ° С. Сталевий герметичний апарат заповнюють злитками магнію, відкачують повітря, заповнюють аргоном, плавлять магній, зверху подають лімітовану кількість хлориду титану, щоб не було перегріву.
Відновлення з розчинів, газоподібних сполук і в плазмі. З розчинів сполук Ni, Си, Со метали витісняють воднем в автоклавах. Зрушувати потенціал водню в негативну сторону можна, підвищуючи рН або збільшуючи тиск водню. Найефективніше змінювати рН, підвищення, якого на одиницю еквівалентно зміни тиску водню в 100 разів. Термічні розрахунки показують, зазначені метали можна осадити вже при 25 ° С і 0,1 МПа. Відновлення газоподібних сполук воднем здійснюється в киплячому шарі з галогенідів вольфраму, ренію, молібдену, ніобію і титану. Отримання високодисперсних порошків у плазмі перспективно для металів, карбідів, нітридів та ін Відновлювачі - водень або продукти плазмової конверсії з високою температурою і без окислювачів. Оксид нікелю відновлюють в струмені Аг - Н 2 або Аг - СВ, причому вміст водню близько до стехиометрическому, а теплообмін і плазмообразование відбуваються за рахунок аргону. Реакція лімітується дисоціацією NiO, повне його відновлення досягається при 7000 ° С.
Фізико-хімічні основи отримання порошків електролізом. Процес являє собою своєрідне відновлення: передача електронів до металу з одночасною перебудовою структури відбувається не з допомогою відновників, а за рахунок електричної енергії. Спосіб універсальний, забезпечує високу чистоту порошків. Електроліз - один із самих складних фізико-хімічних процесів виробництва порошків. Процес полягає в розкладанні водних розчинів сполук виділяється матеріалу. Наявність хлору та фтору на аноді змушує вживати заходів щодо запобігання його взаємодії з електролітом і порошком. Електроліт від порошків відокремлюється відгоном нагріванням або центрифугуванням і відмиванням.
Електроліз водних розчинів. Спосіб для отримання порошків міді, срібла, заліза, нікелю, кобальту, олова та ін Нікель, цинк, кобальт утворюють рівномірні щільні дрібнозернисті опади незалежно від природи електроліту. Срібло або кадмій ростуть у вигляді окремо сильно розгалужуються кристалів при електролізі простих солей, з розчину ціаністих солей вони виділяються у вигляді рівного гладкого шару.
Отримання мідного, нікелевого, залізного порошку. Мідний порошок отримують з розчину сірчанокислої міді, він має високу чистоту і регульовану дисперсність. Нікелевий порошок отримують електролізом аміачних розчинів хлорно - кислого нікелю. Особливості отримання залізного порошку пов'язані з тим, що в ряді напруг залізо розташовується лівіше водню, тому останній виділяється разом з воднем, погіршуючи вихід по струму і якості порошку.
Формування порошків.
Формування - це технологічна операція отримання виробу або заготовки заданої форми, розмірів і щільності обтисненням сипучих матеріалів (порошків). Ущільнення порошку здійснюється пресуванням у металевих прес-формах або еластичних оболонках, прокаткою, шлікерної литтям суспензії та іншими методами. Спосіб підготовки порошків до формованию вибирають виходячи з технологічних характеристик порошку, методу формування і подальшої термообробки (спікання), необхідних властивостей в умовах експлуатації.
Для металевих порошків основними підготовчими операціями є відпал, просіювання по фракціях і змішування. Відпал проводять для підвищення пластичності і пресованості порошків у захисному середовищі при температурі (0,4 ... 0,6) Т пл метала. Наприклад, мідний порошок отжигают в потоці відновного газу при 350 ... 400 0 С, а залізний - окисного при 650 ... 750 0 С. Порошок поділяють на фракції за величиною часток з використанням вібросит. Поділ виробляють також за допомогою повітряних сепараторів і седиментації (розділення рідких сумішей). Приготування однорідної за обсягом механічної суміші здійснюють шляхом змішування порошків у спеціальних змішувачах. Для отримання легованих частинок порошку проводять розмел суміші порошків основи і легуючих добавок у розмельних агрегатах.
Пресування порошків у металевій прес-формі під тиском стиснення приводить до зменшення обсягу порошку в результаті перерозподілу часток, заповнення пустот і пластичної деформації. Пресування не супроводжується повним усуненням пір. Щільність отриманої деталі - пресування за обсягом нерівномірна, що обумовлено нерівномірністю тиску, відмінністю фізико-механічних властивостей частинок (форми, розміру, твердості, насипної щільності), наявністю зовнішнього тертя частинок порошку об стінки прес-форми, міжчасткових тертям, наявністю бічного тиску. На стінки прес-форми передається значно менше бічний тиск, ніж у напрямку пресування, що обумовлено тертям між частинками, заклинюванням їх, що ускладнює їх переміщення в сторони. Після зняття тиску, а також при випрессовке брикету з прес-форми розміри пресування збільшуються (явище пружного післядії). Для підвищення і більш рівномірного розподілу щільності пресування по висоті використовують мастило стінок матриці прес-форми, що зменшує коефіцієнт зовнішнього і міжчасткових тертя. Рівномірність розподілу щільності збільшується при двосторонньому пресуванні верхнім і нижнім пуансонами (рис. 1) і всебічному стисканні (пресуванням в еластичній або деформируемой оболонці).
Рис. 1. Схема двостороннього пресування порошкових матеріалів:
а - без нагріву, б - з нагрівом
Використання вібрації при пресуванні підвищує щільність пресування. Імпульсні методи формування застосовують для труднопрессуемих порошків або якщо необхідно отримати особливі властивості матеріалу.
Формування порошку також здійснюють в гідро-і газостатах (ізостатичний), прокаткою, на гідродинамічних машинах і з використанням вибухових речовин (імпульсне), на вібраційних установках (вібраційний), продавлювання через отвір в інструменті (екструзія або мундштучний пресування), заливкою у форми - шлікерної лиття, при якому в форму заливають суспензію, що містить порошок і рідку зв'язку, та ін
Ізостатичне формування здійснюють в умовах всебічного стиснення, що забезпечує не тільки рівномірну щільність, але і усуває анізотропію властивостей (рис. 2).
Рис. 2. Система ізостатичного формування:
1 - робочий циліндр; 2 - пуансон; 3 - прес-шайба;
4 - робоча рідина; 5 - матриця; 6 - ущільнювач;
7 - матріцедержатель; 8 - контейнер з матеріалом
Прокатку порошків застосовують для виготовлення заготовок з конструкційних, електротехнічних, фрикційних і антифрикційних, пористих (фільтруючих) матеріалів (рис. 3).
Рис. 3. Схема прокатки з вертикальної (а) і
горизонтальній (б) шнекової подачею порошку
Для отримання виробів складної форми використовують шлікерної лиття. Після заповнення форми рідка складова шлікера видаляється нагріванням.
Спікання порошкових матеріалів.
Вид термічної обробки, що дозволяє отримати кінцеві властивості матеріалу і вироби, називається спіканням. Воно полягає в нагріві і витримці сформованого вироби (заготовки) при температурі нижче точки плавлення основного компонента. Для багатокомпонентних систем розрізняють твердофазне і рідиннофазної спікання.
Твердофазне спікання супроводжується виникненням і розвитком зв'язків між частинками, освітою і зростанням контактів (шийок), закриттям наскрізний пористості, укрупненням і сфероідізаціей пір, ущільненням заготовки за рахунок усадки (рис. 4, а). У процесі спікання відбувається масоперенос речовини через газову фазу за рахунок поверхневої та об'ємної дифузії, в'язкої течії, течії, викликаного зовнішніми навантаженнями (спікання під тиском). При спіканні спостерігається також рекристалізація (зростання одних зерен за рахунок інших тієї ж фази). Ущільнення при нагріванні в основному відбувається за рахунок об'ємної деформації частинок, здійснюваної шляхом об'ємної самодифузії атомів.
Рис. 4. Поверхні зламу спечених порошкових матеріалів (а) і утворення межпластінчатого контакту в умовах жидкофазного спікання (б)
Жидкофазная спікання протікає в присутності рідкої фази легкоплавкого компонента, яка добре змочує тверду фазу, покращує зчеплення між частинками, збільшує швидкість дифузії компонентів, полегшує переміщення часток один щодо одного. Погана змочуваність перешкоджає ущільненню. Тверда фаза в зоні контакту може розчинятися в рідкому, інтенсифікуючи процеси масопереносу (рис. 4, б). Розрізняють системи з нерозчинними компонентами, з обмеженою розчинністю і зі значною взаємною розчинністю компонентів. Жидкофазная спікання таких систем має свої особливості, пов'язані з переважанням однієї з стадій:
Ø в'язка течія рідини - перегрупування часток;
Ø розчинення - осадження; освіта жорсткого скелету.
Поєднання процесу пресування і спікання спостерігається при гарячому пресуванні, яке проводиться при температурі (0,5 ... 0,9) Т пл основного компонента. Висока температура пресування дозволяє знизити в кілька десятків разів тиск пресування. Час витримки складає від 15 ... 30 хв до декількох годин. Гаряче пресування застосовують для труднопрессуемих порошків з метою отримання високих фізико-механічних властивостей. Горячепрессованние деталі мають дрібнозернисту структуру. Прес-форму, в якій здійснюють гаряче пресування, виготовляють з жароміцних матеріалів, а при пресуванні тугоплавких сполук - з графіту, міцність якого зі збільшенням температури підвищується.
Властивості і галузі застосування порошкових матеріалів.
Антифрикційні пористі матеріали виготовляють на основі порошків заліза або міді з просоченням рідким мастилом (маслом) або з добавками твердої змащення (графіт, свинець, дисульфід молібдену, сірчистий цинк). Дані матеріали мають високі триботехническими властивостями, гарною прірабативаемостью, високу теплопровідність, достатньою в'язкістю при ударному навантаженні, забезпечують низький коефіцієнт тертя.
До фрикційним відносять матеріали з високим коефіцієнтом тертя. Вони мають високу фрикційної теплостійкістю і корозійною стійкістю. Їх виготовляють на основі міді або заліза з металевими і неметалевими компонентами для деталей, що працюють в маслі (75%) і при сухому терті. Фрикційні вироби складаються зі сталевої основи і фрикційних накладок, які припікаються до основи під тиском.
Електротехнічні матеріали поділяються на електроконтактні (металеві, металлографітовие, металооксидних і металлокарбідние), магнитомягкие (железонікелевих сплави, сплави заліза з кремнієм і алюмінієм або хромом та алюмінієм), магнітотверді (сплави на основі Fe-Al-Ni (Co), звані альні, альнико , магніко), магнітодіелектриків (карбонильное залізо, пермалой, альсифера), ферити (Fe 3 О 4 з добавками NiO, MgO, MnO, ZnO).
Аморфні матеріали, одержувані швидким (зі швидкістю 10 5 ... 10 6 0 С / с) охолодженням розплаву (Fe 40 N 40 P 10 B 8 O), є новим класом магнітних матеріалів, з яких виготовляють магнітні екрани, трансформатори та електродні прилади.
Спечені конструкційні матеріали виготовляються на основі конструкційної сталі (вуглецевої, медністой, кременистої, молібденової, хромомолібденової), титанових і алюмінієвих сплавів.
Підвищення твердості оброблюваних заготовок вимагало розширення діапазону які ріжучих матеріалів від твердих сплавів, минералокерамических матеріалів до штучних алмазів та інших надтвердих матеріалів, одержуваних методами порошкової металургії.
Тверді сплави використовують в ріжучих і контрольно-вимірювальних інструментах, робочих вставках фільєр час волочіння, матриці і пуансона при штампуванні і пресуванні. У машинобудуванні та приладобудуванні широко застосовують армовані твердими сплавами деталі. Наприклад, у текстильній промисловості застосовують тверді сплави для напрямних кілець і інших тертьових деталей; в порошкової металургії тверді сплави використовують для розмельних тіл і пресового інструменту.
Мінералокераміки застосовують для получістовой і чистової обробки різанням чавунів, загартованих і поліпшених сталей, кольорових і тугоплавких сплавів при високих (до 800 м / хв) швидкостях різання. Основу мінералокераміки становить
Ерозійно-стійкі та потіють матеріали мають комплекс властивостей, які неможливо отримати у сплавах. Вони виготовляються на основі тугоплавких металів або вуглецю у вигляді композицій.
Наприклад, шляхом просочення вольфрамового або вуглецевого каркасів рідкої міддю або сріблом. Деталі з такого матеріалу працюють в двигунах при температурі понад 2500 0 С. Під час роботи мідь (срібло) випаровується, що знижує тепловий потік і поліпшує умови роботи вольфрамового або вуглецевого каркасів.
Висновок.
Отже, вивчивши порошкову металургію можна зробити висновок, що технологія отримання металокерамічних матеріалів і деталей складається з ряду послідовних операцій: одержання металевих порошків, формування, спікання.
Сукупність основних і додаткових технологічних операцій (різання, свердління, шліфування, калібрування та ін) дозволяє вирішувати за допомогою порошкової металургії два завдання:
1. Виготовляти матеріали та вироби з особливими складами, структурою і властивостями, які недосяжні іншими методами виробництва;
2. Виготовляти матеріали та вироби зі звичайними складами, структурою і властивостями, але при значно більш вигідних економічних показниках виробництва.
Список літератури:
1. Технологія конструкційних матеріалів: підручник / О.С. Комаров, В.М. Ковалевський, А.С. Чаус та ін; під загальною редакцією О.С. Комарова. - Мн.: Нове знання, 2005. - 560 с.
2. Технологія металів. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков О.В., Арутюнова І.А., Шабашов С.П., Єфремов В.К., «Металургія», 1974. 648 с.
3. Знайомтеся - порошкова металургія. Лібенсон Г.А. М., «Металургія», 1976. 56 с.