Порошкова металургія та подальша перспектива її розвитку

Міністерство загальної та професійної освіти

Російської Федерації.

Башкирський державний університет.

Економічний факультет.

Кафедра економіки

і управління.

Курсова робота

по предмету

системи технологій та інновації

на тему:

Порошкова металургія і подальша перспектива її розвитку.

Виконав: студент 3 курсу

економічного факультету

групи 3.2. Байгужін С. Р.

Науковий керівник:

доцент к. т. н. Фадєєва Г.Л.

Зміст.

Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 3

Глава 1. Історія розвитку порошкової металургії ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4

Глава 2. Виробництво металевих порошків і їх властивості ... ... ... ... .... ... ... 8

Глава 3. Вироби порошкової металургії та їх властивості

3.1. Металокерамічні подшібнікі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 31

3.2. Пористі матеріали та можливості їх застосування в промисловості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... 32

Глава 4. Перспектива розвитку порошкової металургії ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34

Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34

Список використаної літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44

Введення.

Порошковою металургією називають область техніки, що охоплює сукупність методів виготовлення порошків металів і металоподібних з'єднань, напівфабрикатів і виробів з них або їх сумішей з неметалевими порошками без розплавлення основного компонента.

З наявних різноманітних способів обробки металів порошкова металургія займає особливе місце, тому що дозволяє одержувати не тільки вироби різних форм і призначень, але і створювати принципово нові матеріали, які іншим шляхом одержати або дуже важко або неможливо. У таких матеріалів можна отримати унікальні властивості, а в ряді випадків істотно підвищити економічні показники виробництва. При цьому способі в більшості випадків коефіцієнт використання матеріалу становить близько 100%.

Порошкова металургія знаходить найширше застосування для різних умов роботи деталей виробів. Методами порошкової металургії виготовляють вироби, що мають спеціальні властивості: антифрикційні деталі вузлом тертя приладів і машин (втулки, вкладиші, опорні шайби і т.д.), конструкційні деталі (шестерні, кулачки і ін), фрикційні деталі (диски, колодки і ін .), інструментальні матеріали (різці, пластини різців, свердла тощо), електротехнічні деталі (контакти, магніти, ферити, електрощітки та ін) для електронної та радіотехнічної промисловості, композиційні (жароміцні і ін) матеріали.

Основні переваги використання порошкової металургії:

- Знижує витрати на подальшу механічну обробку, яка може бути виключена або суттєво зменшена. Отримує готовий виріб точне за формою і розмірами. Забезпечує високу якість поверхні виробу.

- Використовує енерго та ресурсозберігаючі технології. Зменшує кількість операцій в технологічному ланцюгу виготовлення продукту. Використовує більш ніж 97% стартового сировини. Реалізує багато наступних складальні етапи ще на стадії спікання.

- Дозволяє отримувати вироби з унікальними властивостями, використовуючи багатокомпонентні суміші, об'єднуючи металеві і не металеві компоненти. Вироби різної пористості (фільтри) з регульованою проникністю; Підшипники ковзання з ефектом самосмазиванія.

- Отримує більш високі економічні, технічні та експлуатаційні характеристики виробів в порівнянні з традиційними технологіями.

- Спрощує часто виготовлення виробів складної форми.

- Забезпечує прецизійне виробництво. Відповідність розмірів у серії виробів.

Глава 1. Історія розвитку порошкової металургії.

Порошки металів застосовували і в прадавні часи. Порошок міді, срібла і золота застосовували у фарбах для декоративних цілей в кераміці, живопису у всі відомі часи. При розкопках знайдено знаряддя із заліза древніх єгиптян (за 3000 років до нашої ери), знаменитий пам'ятник із заліза в Делі відноситься і 300 році нашої ери. До 19 століття не було відомо способів отримання високих температур (близько 1600-1800 С). Зазначені предмети з заліза були виготовлені крічний методом: спочатку в горнах при температурі 1000 С, відновленням залізної руди вугіллям отримували крицю (губку), яку потім багато разів проковували в нагрітому стані, а завершували процес нагріванням у горні для зменшення пористості

З появою доменного виробництва від криці відмовилися і про порошкової металургії забули.

Заслуга відродження порошкової металургії і перетворення в особливий технологічний метод обробки належить російським ученим П.Г. Соболевському і В.В. Любарському, які в 1826 р., за три роки до робіт англійця Воллстана, розробили технологію пресування і спікання платинового порошку.

Після перших робіт П.Г. Соболевського з розробки процесу виготовлення монет з порошку платини, виконаних в Росії в 1826 - 1827 рр.. стало розвиватися новий напрям у науці - порошкова металургія.

У 1924 р. Т.М. Алексєєнко-Сербіним була організована перша лабораторія тугоплавких металів на Московському електроламповому заводі, а потім створена потужна мережа наукових установ, таких як Інститут проблем матеріалознавства АН України, НДІ твердих сплавів, НДІ порошкової металургії Білоруського політехнічного інституту, ЦНІІЧМ ім. Бардіна, НІІТ Автопром, ВІЛС, ВНІІЕМ, КТБ МІ, Інститут титану, Гіпронікель, ІМЕТ ім. Байкова та інші.

Велику участь у вирішенні проблем порошкової металургії беруть кафедри багатьох вищих навчальних закладів - Московського інституту сталі і сплавів, Київського, Новочеркаського, Нижегородського, Пермського, Єреванського політехнічних інститутів, Харківського університету і т.д.

Після організації Г.А. Меерсона в 1923 р. на Московському кабельному заводі виробництва порошку вольфраму і отримання в 1932 р. на Ленінградському механічному заводі перших промислових партій порошку електролітичного заліза, роботи вчених привели до створення ряду оригінальних процесів виготовлення металевих порошків, які знайшли застосування.

Процес отримання залізного порошку комбінованим відновленням окалини газом і сажею в 1948 - 1958 рр.. був покладений в основу будівництва Броварського заводу порошкової металургії (України). У 1953 - 1957 рр.. організовано виробництво порошків складнолегованих сталей і сплавів методом металотермічним відновлення. Розроблено метод отримання легованих порошків заліза дифузійним насиченням. Отримано порошки карбонільним методом, механічним подрібненням, досліджуються процеси одержання порошків відновленням окислів, електролізом водних розчинів і розплавлених середовищ. Впроваджено методи отримання металевих порошків розпиленням розплавів.

В даний час виготовляються в промисловому масштабі порошки таких металів, як залізо та його сплави, нікель, мідь, кобальт, алюміній, титан, олово, цинк, свинець, магній, вольфрам, молібден, тантал, ніобій і інші.

Істотні успіхи досягнуті в розробці теоретичних основ і технології процесів пресування і формування виробів із порошків.

Перші систематичні дослідження виконані в 1936 - 1937 рр.. поклали початок розвитку робіт у цій області. Досліджено закономірності пресування у прес-формах, процес вібраційного ущільнення, гідростатичного і ізостатичного, гарячого, динамічного і вибухового пресування, гарячого штампування, формування порошків прокаткою і т.д.

1926 - 1946 рр.. - Початок робіт у галузі теоретичних основ процесів спікання. Дослідження в цій області дозволили оптимізувати ряд технологічних режимів і створити нові процеси - наприклад, активоване спікання вольфраму, спікання металлоалмазних композицій інструментального призначення, виготовлення електроконтактних, антифрикційних і конструкційних виробів із застосуванням просочення розплавленими металами та ін

Першими видами виробів із порошків, виробництво яких було організовано в 1918 р., були мідно-графітові щітки. Надалі створена велика кількість електроконтактних матеріалів на основі срібла з добавками нікелю, окису кадмію, графіту; на основі вольфраму з просоченням

міддю і ряд інших.

Широкий розвиток отримало виробництво твердих сплавів і інструментів з них, яке було організовано в 1928 - 1929 рр.. на Московському електроламповому заводі.

У 1932 р. на заводі "Електровугілля" було організовано виробництво бронзографітових підшипників, а в 1934 р. - железографітових матеріалів.

У 60-х роках широко розвинулись роботи зі створення спечених конструкційних матеріалів на залізній основі, з просоченням прессовок міддю та її сплавами, з введенням до складу матеріалу вуглецю у вигляді графіту або порошку білого чавуну, із заповненням пір матеріалу склом, що дало підвищення міцності до 75 - 80 кг / мм кв. Застосування легованих порошків у поєднанні з гарячою штампування та високошвидкісним холодним пресуванням з наступним спіканням дозволило отримати матеріали з міцністю вище 200 кг / мм кв.

Активно розроблялися та інші матеріали - фрикційні, ущільнювальні, зносостійкі, магнітні, фільтрові, інструментальні, волокнових, дисперсно-зміцнені. Створено ряд матеріалів, що виготовляються методами прокатки - струмознімальних пластини, електродні стрічки, біметалічна дріт та інші біметалічні і тріметалліческіе матеріали.

Типова технологія виробництва заготовки виробів методом порошкової металургії включає чотири основні операції:

отримання порошку вихідного матеріалу;

формування заготовок;

спікання і

остаточну обробку.

Кожна із зазначених операцій надає значний вплив на формування властивостей готового виробу.

Глава 2. Виробництво металевих порошків і їх властивості.

В даний час використовують велику кількість методів виробництва металевих порошків, що дозволяє варіювати їх властивості, визначає якість і економічні показники.

Умовно розрізняють два способи виготовлення металевих порошків:

1) фізико-механічний, 2) хіміко-металургійний.

При фізико-механічному способі виготовлення порошків перетворення вихідного матеріалу в порошок відбувається шляхом механічного подрібнення в твердому або рідкому стані без зміни хімічного складу вихідного матеріалу. До фізико-механічних способів відносять дроблення і помел, розпилювання, грануляцію і обробку різанням подрібнювального матеріалу.

При хіміко-металургійному способі змінюється хімічний склад або агрегатний стан початкового матеріалу. Основними методами при хіміко-металургійному виробництві порошків є: відновлення окислів, електроліз металів, термічна дисоціація карбонільних сполук.

Подрібнення твердих матеріалів - зменшення початкових розмірів частинок шляхом руйнування їх під дією зовнішніх зусиль. Розрізняють подрібнення дробленням, помелом або стиранням. Найбільш доцільно застосовувати механічне подрібнення крихких металів і їх сплавів таких, як кремній, сурма, хром, марганець, феросплави, сплави алюмінію з магнієм. Розмелювання в'язких пластичних металів (мідь, алюміній і ін) утруднений. У разі таких металів найбільш доцільне використання як сировини відходів утворюються при обробці металів (стружка, обрізання і ін.)

При подрібненні комбінуються різні види впливу на матеріал статичне - стиснення і динамічне - удар, зріз - стирання, перші два види мають місце при отриманні крупних частинок, другий і третій - при тонкому подрібненні. При дробленні твердих тіл витрачається енергія виконує роботу пружного і пластичного деформування і руйнування, нагріву матеріалів, що беруть участь я процесі роздрібнення.

Для грубого роздрібнення використовують щокові, валкові та конусні дробарки і бігуни; при цьому отримують частинки розміром 1-10 мм, які є вихідним матеріалом для тонкого подрібнення, що забезпечує виробництво необхідних металевих порошків. Вихідним матеріалом для тонкого подрібнення може бути і стружка.

Остаточний помел отриманого матеріалу проводиться в кульових обертових, вібраційних або планетарних відцентрових, вихрових і молоткових млинах.

Кульова млин (рис. 1) - найпростіший апарат, використовується для отримання щодо дрібних порошків з розміром частинок від декількох одиниць до десятків мікрометрів.

Рис 1. Схеми руху куль у млині: а - режим ковзання, б - режим перекочування, в - режим вільного ковзання, м - режим критичної швидкості.

Рис 2. Схема вібраційної млини :1-корпус-барабан ,2-вібратор обертання ,3-спіральні пружини ,4-електродвигун ,5-пружна сполучна муфта.

У млин завантажують розмельні тіла (сталеві або твердосплавні кулі) і подрібнювального матеріалу. При обертанні барабана кулі піднімаються унаслідок тертя на деяку висоту і тому можливо кілька режимів подрібнення:

ковзання,

перекочування,

3) вільного падіння,

4) руху куль при критичній швидкості обертання барабана.

У разі ковзання куль по внутрішній поверхні барабана, що обертається матеріал стирається між стінкою барабана і зовнішньою поверхнею маси куль, провідною себе як єдине ціле. При збільшенні частоти обертання кулі піднімаються і скочуються по похилій поверхні і подрібнення відбувається між поверхнями тертьових куль. Робоча поверхня стирання в цьому випадку у багато разів більше і тому відбувається більш інтенсивне стирання матеріалу, ніж у першому випадку. При більшій частоті обертання кулі піднімаються до найбільшої висоти і, падаючи вниз (рис. 1, а), виробляють дробить дію, що доповнюється стиранням матеріалу між перекочується кулями. Це найбільш інтенсивний розмел. При подальшому збільшенні частоти обертання кулі обертаються разом з барабаном млини, а здрібнювання при цьому практично припиняється.

Інтенсивність подрібнення визначається властивостями матеріалу, співвідношенням робочих розмірів - діаметру і довжини барабана, співвідношенням між масою і розмірами розмельних тіл і подрібнювального матеріалу Маса розмельних тел вважається оптимальною при 1,7-2 кг розмельних тіл на 1 л об'єму барабана. Співвідношення між масою розмельних тіл і подрібнювального матеріалу становить 2,5-3. Для інтенсивного подрібнення це співвідношення збільшують. Діаметр розмельних куль не повинен перевищувати 1 / 20 діаметра млини. Для збільшення інтенсивності подрібнення процес проводять в рідкому середовищі, перешкоджає розпорошення матеріалу і злипанню частинок. Кількість рідини становить 0,4 л на 1кг розмелюється. Тривалість подрібнення: від кількох годин до кількох діб. У виробництві використовують декілька типів кульових млинів.

При більш високій частоті впливу зовнішніх сил на частинки матеріалу застосовують вібраційні млини (рис. 2). У таких млинах дія на матеріал полягає на створенні стискаючих і зрізують зусиль змінної величини, що створює втомне руйнування порошкових частинок. У показаної на рис. 2 млині вібратор 2, що обертається з частотою 1000-3000об/мін при амплітуді 2-4 мм викликає кругові рухи корпусу 1 млини з розмельними тілами і подрібнюємо матеріалом. У цьому випадку подрібнення протікає інтенсивніше, ніж у кульових млинах.

Тонке подрібнення трудноразмаливаемих матеріалів часто виконують на планетарних відцентрових млинах з кулями, використовуваними для помелу. У порівнянні з кульовими млинами в планетарних відцентрових млинах, помел в сотні разів інтенсивніше і одночасно в кілька разів менш продуктивний, так цей млин періодичної, але не безперервного (як кульова) дії з обмеженою завантаженням подрібнювального матеріалу.

Для розмелювання пластичних матеріалів використовують процес подрібнення, в якому руйнують удари наносять самі частки подрібнювального матеріалу. Для цього використовують вихрові млини.

Розпилення і грануляція рідких металів є найбільш простим і дешевим способом виготовлення порошків металів з температурою плавлення до 1600 С: алюмінію, заліза, сталі, міді, цинку, свинцю, нікелю та інших металів і сплавів.

Сутність подрібнення розплаву складається в дробленні струменя розплаву або високоенергонасищенним газом або рідиною, або механічним розпиленням, або зливанням струменя розплаву рідке середовище (наприклад воду). Основною частиною технологічного вузла є форсунка.

Для розпилення метал плавлять в електропечах. У залежності від властивостей розплаву і вимог до якості порошку розпорошення здійснюють повітрям, азотом, аргоном, гелієм, а для захисту від окислення - інертним газом.

Розпилення повітрям - найекономічніший спосіб виготовлення порошків. Основні параметри процесу розпилювання: тиск і температура газового потоку, температура розплаву. Охолоджувальної середовищем для розпиленого струменя може бути вода, газ, органічна рідина.

При різних умовах розпилення отримують частинки порошку каплеподібної, кулястої та інших форм. Розміри частинок отримують від 1 мм до сотих часток міліметра.

Далі розгляну хіміко-металургійний метод - відновлення металів з окислів і солей. Найпростіша реакція відновлення може бути представлена ​​так:

МЕА + Х = Ме + ХА +-Q

де Ме - будь-який метал, А - неметалічної складова (кисень, хлор, фтор, сольовий залишок і ін) відновлюваного хімічної сполуки металу, Х - відновник, Q - тепловий ефект реакції

Стрілки показують можливе одночасне існування сполук відновлюваного металу в відновника і можливе повторне утворення вихідної сполуки МЕА. Відновлювачем може бути те речовина, яка при вибраній температурі процесу має більше ритмічне спорідненість до неметалевої складової відновлюваного з'єднання, ніж одержуваний. В якості відновників використовують - водень, окис вуглецю, дисоційованому аміак, конвертований природний газ, ендотермічний і природні гази, кокс, термоштиб і деревне вугілля, метали (кальцій, магній, алюміній, натрій, кадмій та ін.) Міцність хімічного зв'язку з'єднання Меа і утворюється з'єднання відновника ХА дозволяє оцінити можливість перебігу реакції відновлення. Кількісною мірою ("мірою хімічної спорідненості") є величина вільної енергії, що вивільняється при утворенні відповідного хімічної сполуки. Чим більше виділяється енергії, тим міцніше хімічна сполука.

У реакції відновлення завжди повинна виділятися теплова енергія.

Технологічна практика виробництва порошків відновленням. Залізні порошки одержують відновленням окисленої руди або прокатної окалини. Залізо в зазначених матеріалах знаходиться а вигляді оксидів: Fe2 O3, Fe3 O4, FeO - окису, закис - окису і закису заліза. Існуючі методи відновлення окислів заліза різноманітні.

Класифікаційна схема методів відновлення заліза представлена ​​на рис.4.

Відновлення оксидів заліза

Рис.4 Класифікація існуючих методів відновлення оксидів заліза.

Мідні, нікелеві і кобальтові порошки легко отримують відновленням окислів цих металів, тому що вони мають низьку спорідненість до кисню. Сировиною для виробництва порошків цих металів служать або окис міді Cu2O, CuO, закис нікелю NiO, окис - закис кобальту Co2O3, Co3O4, або окалина від прокaта дроту, листів і т.д. Відновлення проводять у муфельних або в трубчастих печах воднем, дисоційованому аміаком або конвертованим природним газом. Температура відновлення порівняно низька: міді - 400 ... 500 ~ С, нікелю - 700 "... 750 С, кобальту - 520 .. 570 С. Тривалість процесу відновлення 1 ... 3 год при товщині шару окісла20 .. 25 мм . Після відновлення отримують губку, яка легко розтирається в порошок

Порошок вольфраму отримують з вольфрамового ангідриду, що є продуктом розкладання вольфрамової кислоти Н2WO4 (прожарювання при 700 ... 800 С) або паравольфрамат амонію 5 (Na4) 2O * 12WO3 * 11H2O (розкладання при 300 С і більше). Відновлення проводять або воднем при температурі 850 .. 900 С, або вуглецем при температурі 1350 .. 1550С в електропечах.

Цим методом (відновлення) отримують порошки молібдену титану, цирконію, танталу, ніобію, легованих сталей і сплавів

Електроліз

Цей спосіб найбільш економічний при виробництві хімічно чистих порошків міді. Фізична сутність електролізу (рис.5) полягає в тому, що при проходженні електричного струму водний розчин або розплав солі металу, виконуючи роль електроліту, розкладається, метал осаджується на катоді, де його іони розряджаються Ме + ne = Me Сам процес електрохімічного перетворення відбувається на кордоні електрод (анод або катод) - розчин. Джерелом іонів виділяється металу служать як правило, анод, що складається з цього металу, і електроліт, що містить його розчинне з'єднання. Такі метали як нікель, кобальт, цинк виділяються з будь-яких розчинних у вигляді однорідних щільних зернистих опадів. Срібло і кадмій осаджуються з простих розчинів у формі розгалужених кристалітів, а з розчинів ціаністих солей - у вигляді щільних опадів. Розміри частинок осаждаемого порошку залежать від щільності струму, наявності колоїдів і поверхнево активних речовин. Дуже великий вплив на характер опадів надає чистота електроліту, матеріал електрода і характер його обробки.

Карбонільні процес

Карбоніли - це сполуки металів з окисом вуглецю Me (CO) C, володіють невисокою температурою освіти і розкладання. Процес отримання порошків за цим методом складається з двох головних етапів:

отримання карбонила з вихідного з'єднання

MeаXb + cCO = bX + Mea (CO) c,

освіта металевого порошку

Меа (СВ) з = аме + ССО

Основною вимогою до таких сполук є їх легко-летючість і невеликі температури освіти і термічного розкладання (кипіння або сублімації). На першій операції - синтезу карбонила - відділення карбонила від непотрібного речовини Х досягається завдяки летючості карбонила. На другому етапі відбувається дисоціація (розкладання) карбонила шляхом його нагрівання. При цьому виникає газ СО може бути використаний для утворення нових порцій карбонилов. Для синтезу карбонилов використовують металлсодержащего сировина: стружку, обрізки, металеву губку і т.п. Карбонільні Порошок містять домішки вуглецю, азоту, кисню (1 ... 3%). Очищення порошку виробляють шляхом нагрівання в сухому водні або у вакуумі до температури 400 ... 600 С, Цим ​​методом отримують порошки заліза, нікелю, кобальту, хрому, молібдену, вольфраму.

Властивість металевих порошків характеризуються хімічними, фізичними та технологічними властивостями. Хімічні властивості металевого порошку залежать від хімічного складу, який залежить від методу отримання порошку і хімічного складу вихідних матеріалів. Зміст основного металу в порошках становить 98 ... 99%. Допустиме кількості домішок в порошку визначається допустимим їх кількістю в готовій продукції. Виняток зроблено для оксидів заліза, міді, нікелю, вольфраму і деяких інших, які при нагріванні в присутності відновлення легко утворюють активні атоми металу, поліпшують спекаемость порошків. У металевих порошках міститься значна кількість газів (кисень, водень, азот і ін), як адсорбованих на поверхні, так і потрапили всередину частинок в процесі виготовлення або при подальшій обробці, Газові плівки на поверхні частинок порошку утворюються спонтанно через ненасиченість полів силових в поверхневих шарах. Зі зменшенням часток порошку збільшується адсорбція газів цими частками.

При відновленні хімічних сполук частина газів - відновників і газоподібних продуктів реакції не встигає вийти назовні і перебуває або в розчиненому стані, або у вигляді бульбашок. Електролітичні порошки містять водень, що виділяється на катоді одночасно з осадженням на ньому металу. У карбонільних порошках присутні розчинені кисень, окис і двоокис вуглецю, а в розпорошених порошках - гази, механічно захоплені всередину частинок.

Велика кількість газів збільшує крихкість порошків і утрудняє пресування. Інтенсивне виділення газів із спресованого заготовки при спіканні може привести до розтріскування виробів. Тому перед пресуванням або в його процесі застосовують вакуумування порошку, що забезпечує видалення значної кількості газів.

При роботі з порошками враховують їх токсичність і пірофорну. Практично всі порошки мають шкідливий вплив на організм людини однак і компактному вигляді (у вигляді дрібних частинок порошку) більшість металів нешкідливо. Пірофорну, тобто здатність до самозаймання при зіткненні з повітрям, може призвести до спалаху порошку і навіть вибуху. Тому при роботі з порошками суворо дотримуються спеціальні заходи безпеки. Фізичні властивості частинок характеризують; форма, розміри та гранулометричний склад, питома поверхня, щільність і мікротвердість.

Форма часток. У залежності від методу виготовлення порошку отримують відповідну форму частинок: сферична - при карбонільного способі в розпорошенні, губчаста - при відновленні, осколкова - при подрібненні в кульових млинах, тарілчаста

при вихровому подрібненні, дендритная - при електролізі, каплевидна - при розпилюванні. Ця форма частинок може дещо змінюватися при подальшій обробці порошку (розмелювання, відпал, грануляція). Контроль форми частинок виконують на мікроскопі. Форма частинок значно впливає на щільність, міцність і однорідність властивостей пресованого вироби. Розмір частинок і гранулометричний склад. Значна частина порошків являє собою суміш часток порошку розміром від часток мікрометра до десятих часток міліметра. Найширший діапазон розмірів часток у порошків отриманих відновленням і електролізом. Кількісне співвідношення обсягів частинок різних розмірів до загального обсягу порошку називають гранулометричним складом.

Питома поверхня - це сума зовнішніх поверхонь всіх частинок, що є в одиниці об'єму або маси порошку. Для металевих порошків характерна величина питомої поверхні від 0.01 до 1 м кв / м (в окремих порошків - 4 м кв / г у вольфраму, 20 м кв / г у карбонільного нікелю). Питома поверхня порошку залежить від методу отримання його й значно впливає не пресування і спікання.

Щільність. Дійсна густина порошкової частинки, що носить назву пікнометричним, значною мірою залежить від наявності домішок закритих пір, дефектів кристалічної решітки та інших причин і відрізняється від теоретичної. Щільність визначають у приладі - пікнометра, що представляє собою колбу певного обсягу і заповнюють спочатку на 2 / 3 об'єму порошком і після зважування дозаполняют рідиною, смачивающей порошок і хімічно інертною до нього. Потім знову зважують порошок з рідиною. І за результатами зважувань знаходять масу порошку в рідині і займаний ним об'єм. Розподіл маси на об'єм дозволяє обчислити пікнометричним щільність порошку. Найбільше відхилення щільності порошкових частинок від теоретичної щільності спостерігають у відновлених порошків через наявність залишкових окислів, мікропор, порожнин.

Мікротвердість порошкової частинки характеризує її здатність до деформування. Здатність до деформування в значній мірі залежить від вмісту домішок в порошковій частці і дефектів кристалічної решітки. Для вимірювання мікротвердості в шліфовану поверхню частинки вдавлюють алмазну піраміду з кутом при вершині 136 під дією навантаження порядку 0,5 ... 200г. Вимірювання виконують на приладах для вимірювання мікротвердості ПМТ-2 і ПМТ-З.

Технологічні властивості порошку визначають: насипна щільність, плинність, прессуемость і формуемость.

Насипна щільність - це маса одиниці об'єму порошку при вільному заповненні обсягу.

Плинність порошку характеризує швидкість заповнення одиниці об'єму та визначається масою порошку висипався через отвір заданого діаметру в одиницю часу. Від плинності порошку залежить швидкість заповнення інструменту і продуктивність при пресуванні. Плинність порошку зазвичай зменшується зі збільшенням питомої поверхні і шорсткості частинок порошку і ускладненням їх форми. Остання обставина ускладнює відносне переміщення частинок.

Вологість також значно зменшує плинність порошку.

Прессуемость і формуемость. Під прессуемость порошку розуміють властивість порошку набувати при пресуванні певну щільність залежно від тиску, а під формуемость - властивість порошку зберігати задану форму, отриману після ущільнення при мінімальному тиску. Прессуемость в основному залежить від пластичності частинок порошку, а формуемость - від форми і стану поверхні частинок. Чим вище насипна масі порошку, тим гірше, в більшості випадків, формуемость і краще прессуемость. Кількісно прессуемость визначається щільністю спресованого брикету, формуемость оцінюють якісно, ​​за зовнішнім виглядом спресованого брикету, або кількісно - величиною тиску, при якому отримують неосипающійся, міцний брикет.

Формування металевих порошків.

Метою формування порошку є додання заготівлях з порошку форми, розмірів, щільності і механічної міцності, необхідних для подальшого виготовлення виробів. Формування включає наступні операції: відпал, класифікацію, приготування суміші, дозування і формування.

Відпал порошків застосовують з метою підвищення їх пластичності і пресованості за рахунок відновлення залишкових окислів і зняття наклепу. Нагрівання здійснюють у захисному середовищі (відновлювальної, інертної або вакуумі) при температурі 0,4 ... 0,6 абсолютної температури плавлення металу порошку. Найбільш часто отжигают порошки отримані механічним подрібненням, електролізом і розкладанням карбонилов.

Класифікація порошків - це процес поділу порошків за величиною частинок. Порошок з різною величиною частинок використовують для складання суміші, яка містить потрібний процент кожного розміру. Класифікація часток розміром більше 40 мкм виробляють в дротяних ситах. Якщо вільний просівши утруднений, то застосовують протиральні сита. Більш дрібні порошки класифікувалали-ціруют на повітряних сепараторах.

Приготування сумішей. У виробництві для виготовлення виробів використовують суміші порошків різних металів. Змішування порошків є одна з важливих операцій і завданням її є забезпечення однорідності суміші, тому що від цього залежать кінцеві властивості виробів. Найбільш часто застосовують механічне змішування компонентів у кульових млинах і змішувачах. Співвідношення шихти і куль за масою 1:1. Змішування супроводжується подрібненням компонентів. Змішування без подрібнення проводять в барабанних, шнекових, лопатевих, відцентрових, планетарних, конусних змішувачах та установках безперервної дії.

Рівномірний і швидке розподіл часток порошків в обсязі суміші досягається при близькій за абсолютною величиною щільності змішуються компонентів. При великій різниці абсолютної величини щільності настає розшарування компонентів. У цьому випадку корисно застосовувати роздільне завантаження компонентів по частинах: спочатку більш легкі з яким-небудь більш важким, потім інші компоненти. Змішування завжди краще відбувається в рідкому середовищі, що не завжди економічно доцільно через ускладнення технологічного процесу.

При приготуванні шихти деяких металевих порошків високої міцності (вольфраму, карбідів металів) для підвищення здатності до формування в суміш додають пластифікатори - речовини змочувальні поверхню частинок. Пластифікатори повинні задовольняти вимогам: мати високої смачивающей можливістю, вигоряти при нагріванні без залишку, легко розчинятися в органічних розчинниках. Розчин пластифікатора зазвичай заливають в перемішується порошок, потім суміш сушать для видалення розчинника. Висушену суміш просівають через сито.

Дозування - це процес відокремлення певних обсягів суміші порошку. Розрізняють об'ємне дозування і дозування за масою. Об'ємне дозування використовують при автоматизованому формуванні виробів. Дозування за масою найбільш точний спосіб, цей спосіб забезпечує однакову щільність формування заготовок.

Для формування виробів із порошків застосовують такі способи: пресування у сталевій пресформі, ізостатичний пресування, прокатку порошків, мундштучний пресування, шлікерної формування, динамічне пресування.

Пресування в сталевій пресформі

При пресуванні, що відбувається в закритому об'ємі (рис.6) виникає зчеплення частинок і отримують заготівлю необхідних форми і розмірів. Така зміна об'єму відбувається в результаті зсуву і деформації окремих частинок і пов'язано з заповненням порожнеч між частинками порошку і заклинювання - механічного зчеплення частинок. У пластичних матеріалів деформація виникає спочатку у прикордонних контактних ділянок малої площі під дією величезних напруг, а потім поширюється вглиб частинок.

Рис.6 Схема пресування у прес-Рис. 7 Крива ідеального процесу

сформували (1 - матриця, 2 - пуансон, ущільнення.

3 - нижній пуансон, 4 - порошек)

і схема розподілу тиску по висоті.

У крихких матеріалів деформація проявляється у руйнуванні виступів частинок. Крива процесу ущільнення часток порошку (рис.7) має три характерні ділянки. Найбільш інтенсивно щільність наростає на ділянці A при відносно вільному переміщенні частинок, що займають порожнечі. Після цього заповнення пустот виникає горизонтальну ділянку B кривої, пов'язаний зі зростанням тиску і практично неизменяющиеся щільністю тобто незмінним обсягом порошку. При досягненні межі текучості при стисканні порошкового тіла починається деформація частинок і третя стадія процесу ущільнення (ділянка С! '). При переміщенні частинок порошку в пресформі виникає тиск поріжка на стінки. Це тиск менше тиску з боку стискає порошок пуансона (рис.6) через тертя між частинками і бічною стінкою пресформи і між окремими частинками. Величина тиску на бічні стінки залежить від тертя між частками, частками і стінкою пресформи і дорівнює 25 ... 40% вертикального тиску пуансона. Через тертя на бічних стінках по висоті вироби вертикальна величина тиску виходить неоднаковою: у пуансона найбільшою, а у нижній частині - найменшої (рис.6). З цієї причини неможливо отримати по висоті відпресовані заготівлі рівномірну щільність. Нерівномірність щільності по висоті помітна в тих випадках, коли висота більше мінімального поперечного перерізу. При пресуванні засипаних в циліндричну пресформ однакових доз порошку, розділених прокладками з тонкої фольги одержують окремі шари різної форми і розміру (рис.8).

Рис.8 Схема розподілу щільності по вертикальному перетину спресованого порошку при односторонньому додатку тиску (сверзу).

У вертикальному напрямку кожен верхній шар виявляється тоншим нижчого. Вигин верств пояснюється меншою швидкістю переміщення порошку біля стінки через тертя, ніж у центрі. Найбільша щільність виходить на відстані близько 0.2 ... 0.3 найменшого поперечного розміру пресованого вироби, що пов'язано з дією сил тертя між торцем пуансона і порошком.

Для отримання більш якісних виробів після пресування

отримання більш рівномірної щільності по різних перетинах застосовують змащення (стеаринову кислоту та її сопи, олеїнову кислоту, полівініловий спирт, парафін, гліцерин та ін), що зменшують внутрішнє тертя і тертя на стінках інструменту. Мастило зазвичай) - в порошок, що забезпечує найкращі виробничі показники.

При виштовхуванні вироби з пресформи через пружного збільшення її поперечних розмірів, розміри виробу дещо перевищують розміри поперечного перерізу матриці. Величина зміни розмірів залежить від величини зерен і матеріалу порошку, форми і стану поверхні частинок, вмісту оксидів, механічних властивостей матеріалу, тиску пресування, мастила, матеріалу матриці і пуансона та інших параметрів. У напрямку дії пресуючого зусилля зміни розмірів більше, ніж у поперечному напрямку.

Представлена ​​схема (рис.6) показує одностороннє пресування, яке застосовують для пресованих виробів із співвідношенням висоти І до найменшого розміру поперечного перерізу d: H / d = 2 ... 3. Якщо це співвідношення більше 3, але менше 5, то застосовують схему двостороннього пресування; при більшому співвідношенні розмірів застосовують інший метод.

Пресування складних виробів, тобто виробів з неоднаковими розмірами в напрямку пресування, пов'язано з труднощами забезпечення рівномірної щільності спресованого вироби в різних перетинах. Цю задачу вирішують шляхом застосування декількох пуансонів, через які прикладають до порошку різні зусилля (рис.9). Іноді при виготовленні виробів складної форми попередньо пресують заготівлю, а потім надають їй окнчательную форму при повторному обтисненні - пресуванні і спіканні.

Рис.9 Схема пресування у пресформі складного виробу: 1 - пуансон ,2-пуансон, 3-матриця,

4 - нижній пуансон.

При пресуванні крім сталевих пресформ - основного інструменту виробництва використовують гідравлічні універсальні або механічні преси. Для пресування складних виробів використовують спеціальні многоплунжерние пресові установки.

Тиск пресування залежить в основному від необхідної щільності виробів, виду порошку і методу його виробництва. Тиск пресування залежить в основному від необхідної щільності виробів, вигляді порошку і методу його виробництва. Тиск пресування у цьому випадку може становити (3 ... 5) Gт меж текучості матеріалу порошку.

Ізостатичне пресування - це пресування у еластичною оболонці під дією всебічного стиснення. Якщо стискуюче зусилля створюється рідиною пресування називають гідростатичним. При гідростатичному пресуванні порошок засипають в гумову оболонку і потім поміщають її після вакуумування і герметизації в посудину, в якому піднімають тиск до необхідної величини. Через практичної відсутності тертя між оболонкою і порошком спресовані виріб отримують з рівномірною щільністю по всіх перетинах, а тиск пресування у цьому випадку менше, ніж при пресуванні в сталевих пресформ. Перед пресуванням порошок піддають віброущільнення. Гідростатичним пресуванням получки? циліндри, труби, кулі, тиглі та інші вироби складної форми. Цей спосіб виконують у спеціальних установках для гідростатичного пресування.

Недоліком гідростатичного пресування є неможливість отримання пресованих деталей із заданими розмірами і необхідність механічної обробки при виготовленні виробів точної форми і розмірів, а також мала продуктивність процесу.

Мундштучний пресування - це формування заготовок із суміші порошку з пластифікатором шляхом продавлювання її через отвір в матриці. В якості пластифікатора застосовують парафін, крохмаль, полівініловий спирт, бакеліт. Цим методом отримують труби, прутки, кутки та інші вироби великої довжини. Схема процес представлена ​​на рис. 10.

Рис.10 Схема мундштучний пресування.

При пресуванні труб в обойме1 з мундштуком 2 змінного перерізу встановлюють голку-стрижень 3, що закріплюється в зірочці 4. Над обоймою знаходиться матриця і, поєднана з обоймою гайкою 5. З матриці видавлювання пластифікованої суміші виробляється пуансоном 7. Допустиме обтиснення k = (Ff) / f * 100% має бути більше 90%; тут F і f - площі поперечного перерізу матриці та вироби.

Зазвичай мундштучний пресування виконують при підігріві матеріалу виробу і в цьому випадку зазвичай не використовують пластифікатор; порошки алюмінію і його сплавів пресують при 400 ... GOC * C, міді - 800 ... 900 * С, нікелю - 1000 ... 1200 С , стали - 1050 ... 1250 * С. Для попередження окислення при гарячій обробці застосовують захисні середовища (інертні гази, вакуум) або пресування у захисних оболонках (скляних, графітових, металевих - мідних, латунних, мідно-залізної фользі). Після пресування оболонки видаляють механічним шляхом або травленням в розчинах, інертних спрессованнному металу.

Шлікерної формування - являє собою процес заливання шлікера в пористу форму з наступним сушінням. Шликер в цьому випадку - це однорідна концентрована суспензія порошку металу в рідині. Шликер готують із порошків з розміром частинок I. .. 2 мкм (рідше до 5 ... 10 мкм) і рідини - води, спирту, чотирьох-хлористого водню. Завись порошку однорідна і стійка протягом тривалого часу. Форму для лікерного лиття виготовляють з гіпсу, нержавіючої сталі, спеченого скляного порошку. Формування виробу після заливання форми суспензією порошку полягає в направленому осадженні твердих частинок на стінках форми під дією направлених до них потоків суспензії (порошку в рідині). Ці потоки виникають в результаті вбираючи рідини в пори гіпсової форми під дією вакууму або відцентрових сил, що створюють тиск у кілька мегапаскалей. Час нарощування оболонки визначається її товщиною і становить 1 ... 60 хв. Після видалення вироби з форми його сушать при 110 ... 150 * С на повітрі, в сушильних шафах.

Щільність вироби досягає 60%, зв'язок часток обумовлена ​​механічним зачепленням.

Цим способом виготовляють труби, судини і вироби зданої форми.

Динамічне пресування - це процес пресування з використанням імпульсних навантажень. Процес має ряд переваг: зменшуються витрати на інструмент, зменшується пружна деформація, збільшується щільність виробів. Відмінною рисою процесу є швидкість програми навантаження. Джерелом енергії є: вибух заряду вибухової речовини, енергія електричного розряду в рідині, імпульсне магнітне поле, стиснений газ, вібрація. Залежно від джерела енергії пресування називають вибуховим, електрогідравлічним, електромагнітним, пневмомеханічний і вібраційним. Встановлено значне виділення тепла в контактних ділянках частинок, що полегшує процес їх деформування і забезпечує більшу ущільнення, ніж при статичному (звичайному) пресуванні. Ущільнення порошку під впливом вібрації відбувається в перші 3-30 с. Найбільш ефективним є використання вібрації при пресуванні порошків непластичний і крихких матеріалів. Із застосуванням віброущільнення вдається отримати равноплотние вироби з відношенням висоти до ді-аметром 4 ... 5:1 і більше.

Спікання.

Спіканням називають процес розвитку міжчасткових зчеплення та формування властивостей вироби, отриманих при нагріванні сформованого порошку. Щільність, міцність і інші фізико-механічні властивості спечених виробів залежать від умов виготовлення: тиску, пресування, температури, часу і атмосфери спікання зв інших факторів.

У залежності від складу шихти розрізняють твердофазне спікання (тобто спікання без утворення рідкої фази) і рідиннофазної, при якому легкоплавкі компоненти суміші порошків розплавляються.

Твердофазне спікання. При твердофазній спіканні протікають такі основні процеси: поверхнева та об'ємна дифузія атомів, усадка, рекристалізація, перенесення атомів через газове середовище.

Всі метали мають кристалічну будову і вже при кімнатній температурі роблять значні коливальні рухи щодо положення рівноваги. З підвищенням температури енергія і амплітуда атомів збільшується і при деякому їх значення можливий перехід атома в нове положення, де його енергія і амплітуда знову збільшуються і можливий новий перехід в інше положення. Таке переміщення атомів носить назву дифузії і може відбуватися як по поверхні (поверхнева дифузія), так і р обсязі тіла (об'ємна дифузія). Рух атомів визначається займаним ними місцем. Найменш рухливі атоми розташовані всередині контактних ділянок частинок порошку, найбільш рухливі атоми розташовані вільно - на виступах і вершинах частинок. Внаслідок цього, тобто більшої рухливості атомів вільних ділянок і меншої рухливості атомів контактних ділянок, обумовлений перехід значної кількості атомів до контактних ділянках. Тому відбувається розширення контактних ділянок та округлення порожнеч між частинками без зміни обсягу при поверхневій дифузії. Скорочення сумарного об'єму пор можливо тільки при об'ємної дифузії. При цьому відбувається зміна геометричних розмірів виробу - усадка.

Усадка при спіканні може проявлятися у зміні розмірів і об'єму і тому розрізняють лінійну і об'ємну усадку. Зазвичай усадка в напрямку пресування більше, ніж у поперечному напрямку. Рушійною силою процесі усадки при спіканні є прагнення системи до зменшення запасу поверхневої енергії, що можливо тільки при скороченні сумарної поверхні чесні, поріжку. Але цієї причини порошки з розвиненою поверхнею ущільнюються при спіканні з найбільшою швидкістю, як володіють великі запасом поверхневої енергії.

При спіканні іноді спостерігається порушення процесу усадки.

Це порушення виражається в недостатньому ступені усадки або у збільшенні обсягу. Причинами цього є: зняття пружних залишкових напруг після пресування, наявність невідновлювальних окислів, фазові перетворення і виділення адсорбованих й утворюються при хімічних реакціях відновлення окислів газів. Зростання обсягу спекаемом тел спостерігається при утворенні закритою пористості та обсязі пір більше 7% (коли розширення газів в закритих порах викликає збільшення обсягу). Плівки невідновлювальних окислів гальмують процеси дифузії, перешкоджаючи усадці. На рис. 11 наведена крива зміни усадки в часі при заданій температурі.

Рис.11 Усадка спресованого порошку заліза при 890 С при різноманітному тиску: 1-400 Мн/м2, 2-600 Мн/м2 ,3-800 Мн/м2, 4000 Мн/м2.

Рекристалізація при спіканні призводить до зростання зерен і зменшення сумарної поверхні частинок, що енергетично вигідно. Однак зростання зерен обмежений гальмуючим впливом сторонніх включенні на поверхнях зерен: порами, плівками, домішками. Розрізняють рекристалізацію внутрізеренную і міжчасткових.

Перенесення атомів через газове середовище. Це явище спостерігають при випаровуванні речовини і конденсації його на поверхні інших частинок, що відбувається при певній температурі. Таке перенесення виникає із-за різної пружності парів речовини над цими поверхнями, обумовлений їх різною кривизною у кількох дотичних частинок. Перенесення речовини збільшує міжчасткових зв'язку і міцність зчеплення частинок, сприяє зміні форми пір, але не змінює густини при спіканні.

Вплив деяких технологічних параметрів на властивості спечених тіл. Властивості вихідних порошків - величина частинок, їх форма, стан поверхні, тип окислів і ступінь досконалості кристалічної будови - визначають швидкість зміни щільності і властивості спресованих виробів. При однаковій щільності спечених виробів механічні та електричні властивості тим вище, чим менше були частинки порошку, шорсткість поверхні частинок і дефекти кристалічної будови сприяють посиленню дифузії, збільшення щільності і міцності виробу. Структура виробі спечених з токоізмельченних порошків відрізняється наявністю великого числа великих зерен, що утворилися в результаті рекристалізації при спіканні. Збільшення тиску пресування призводить до зменшення усадки (об'ємної та лінійної), підвищення всіх показників міцності - опором розриву і стиснення, твердості. З підвищенням температури щільність і міцність спечених виробів у загальному зростає тим швидше, чим нижче був тиск пресування. Зазвичай температура спікання становить 0,7 ... 0,9 температури плавлення найбільш легкоплавкого матеріалу, що входить до складу шихти (суміші порошків). Витримка при постійній температурі викликає спочатку різкий, а потім більш повільне зростання щільності, міцності та інших властивостей спеченого вироби. Найбільша міцність досягається за порівняно короткий час і потім майже не збільшується. Час витримки для різних матеріалів триває від 30 ... 45 хвилин до 2 ... 3 годин. Атмосфера спікання впливає на показники якості. Щільність виробів вище при спіканні в відновної, ніж при спіканні в нейтральному середовищі. Дуже повно і швидко проходить спікання у вакуумі, яке за порівняння з спіканням в нейтральному середовищі зазвичай починається при більш низьких температурах і дає підвищену щільність виробу.

Температурний інтервал спікання поділяють на три етапи. На першому етапі (температура до 0.2 ... 0.3 Тпл) щільність майже не змінюється, тут видаляються пластифікуючі присадки і адсорбовані поверхнею частинки газу, частково знімаються залишкові напруги (1-го і частково 2-го роду), послаблюється фізична взаємодія між частинками порошку . На другому етапі (температура близько 0,5 Тпл) розвиваються процеси відновлення оксидів і видалення газоподібних продуктів. Щільність може дещо знижуватися. Третій - високотемпературний етап (температура близько Про, 9 Тпл) етап інтенсивного спікання, характеризується значним збільшенням швидкостей дифузійних процесів, рекристалізації, розвитком повністю металевих контактів, істотним збільшенням щільності матеріалу.

Гаряче пресування це процес одночасно пресування і спікання порошків при температурі 0.5 ... 0.8 температури плавлення (Тпл) основного компонента шихти. Це дозволяє використовувати збільшення плинності шихти при підвищених температурах з метою отримання малопористое виробів. У цьому випадку сили тиску формування підсумовуються з внутрішніми фізичними силами приводять до ущільнення. Найбільш суттєвими результатами гарячого пресування є максимально швидке ущільнення та отримання вироби з мінімальною пористістю при порівняно малих тисках. Механізм ущільнення ідентичний спостерігається при звичайному спіканні: освіта міжчастинкових контактів, зростання щільності з одночасним збільшенням розмірів частинок і подальше зростання частинок при незначному додатковому ущільненні. Вироби після гарячого пресування володіють більш високою межею плинності, більшим подовженням, підвищеною твердістю, кращою електропровідністю і більш точними розмірами, ніж вироби отримані шляхом послідовного пресування порядку і спікання. Зазначені властивості тим вище, чим більше тиск пресування. Горячепрессованние вироби мають дрібнозернисту структуру.

Гаряче пресування нагрітого порошку або заготовки виконують в пресформі. Нагрівання здійснюють звичайно електричним струмом (рис. 12).

Рис. 12 Схема двостороннього гарячого пресування у пресформ: а - непрямий нагрів, б - прямій нагрів при підводі струму до пуансону, в - прямий нагрівання при підводі струму до матриці, г - індукційний нагрів ТВЧ графітової пресформи

1 - нагрівач, 2 - порошек, 3 - виріб, 4 - матриця, 5 і 6 - пуансони, 7 - ізоляція, 8 - графітовий контакт, 9 - графітовий пуансон, 10 - графітова матриця, 11 - керамічна прокладка, 12 - індуктор, 13 - керамічна матриця.

До додатка тиску до порошку пресформ з порошком або порошок можуть бути нагріті і іншим способом, матеріалом для виготовлення пресформ служать жароміцні сталі (при температурах до IOOO * C) графіт, сіліцірованний графіт, що має підвищену механічну міцність. В даний час розширюється застосування пресформ з тугоплавких оксидів, силікатів і інших хімічних сполук. Для попередження взаємодії пресованого матеріалу з матеріалом пресформи внутрішню поверхню її покривають яким-небудь інертним складом (рідке скло, емаль, нітрид бору * ін) або металевою фольгою. Крім того, для попередження окислення пресованого вироби застосовують захисні середовища (відновлювальні або інертні) або вакуумування. Гаряче пресування виконують на спеціальних гідравлічних пресах, що мають пристрої для регулювання температури при пресуванні.

Інтенсифікація процесу спікання досягається спеціальними прийомами. Для цього використовують хімічні і фізичні способи активування спікання. Хімічне активування полягає у зміні складу атмосфери спікання. Так наприклад добавка в атмосферу спікання хлористих або фтористих сполук сприяє активному з'єднанню з ними виступів частинок, а які утворюються сполуки знову відновлюються до металу, атоми якого конденсуються в місцях з мінімальним запасом вільної енергії. Оптимальною є 5 ... 10% концентрація хлористого водню у водневій відновної середовищі, інтенсивне ущільнення спекаемой заготівлі спостерігається при добавці в порошок вироби малої кількості металу з меншою температурою плавлення. Наприклад, до вольфраму додають нікель, до заліза - золото і т.п. В даний час широко застосовують фізичні способи активування спікання: циклічну зміну температури, вплив вібрацій або ультразвуку, опромінення прессовок, накладення сильного магнітного поля.

Жидкофазная спікання. При рідиннофазної спіканні в разі змочування рідкою фазою твердої фази збільшується зчеплення твердих частинок, а при поганій змочуваності рідка фаза гальмує процес спікання, перешкоджаючи ущільнення. Змочують рідкою фаза приводить до збільшення швидкості дифузії компонентів і полегшує переміщення часток твердої фази. При рідиннофазної спіканні можна отримати практично безпористу вироби. Розрізняють спікання з рідкою фазою, присутньої до кінця процесу спікання, і спікання з рідкою фазою, яка зникне незабаром після її появи, коли кінцевий період спікання відбувається у твердій фазі.

Додаткові операції

Просочення рідкими металами. При виготовленні електроконтактних і деяких конструкційних матеріалів широко застосовують просочення спресованого і потім спеченого пористого каркаса з більш тугоплавкого матеріалу рідкої металевої складової композиції. При цьому рідкий метал або сплав заповнює сполучені пори заготівлі з тугоплавкого компонента. Існує два варіанти просочення. За першим варіантом на пористий каркас поміщають просочуючих метал у вигляді шматочка з об'ємом рівним об'єму пір каркаса і нагрівають в печі до температури плавлення просочуюча матеріалу При цьому розплав вбирається порами тугоплавкого каркаса. За другим способом пористий каркас поміщають в розплав просочуюча металу або в зачіпку з порошку просочуюча металу. Всотування протікає під дією капілярних сил. Швидкість просочення становить десяті частки міліметра в секунду і збільшується з підвищенням температури. Температура просочення зазвичай на 100 ... 150 * C перевищує температуру плавлення просочуюча металу. Однак ця температура не повинна перевищувати температуру плавлення металу каркаса. Для поліпшення змочуваності до просочуюча металу додають різні присадки.

Додаткові технологічні операції використовують для досягнення чистоти поверхні і точності (механічна обробка, калібрування), для отримання фізичних і механічних властивостей - хіміко-термічна обробка та різні просочення.

Механічна обробка має особливості, викликані пористістю матеріалу. Ріжучий інструмент відчуває мікроудари, що призводять їх до швидкого затуплення. Для обробки застосовують тверді сплави; для отримання високої чистоти поверхні застосовують алмазний інструмент.

Просочення виробів маслом (машинним або веретенним) при температурі 110 ... 120 * С відбувається протягом 1 години, Масло заповнює пори виробів і в процесі роботи надходить по капілярах л поверхні тертя. Це в ряді випадків дозволяє позбутися від мастила виробів у процесі роботи і покращує умови тертьової пари.

Хіміко-термічна обробка дозволяє поліпшити механічні властивості виробів, розширити сферу застосування.

Нітроцементація - збільшує зносостійкість деталей: корозійну стійкість збільшується в порівнянні

зі спеченими в 6 - 8 разів: зносостійкість в 30 разів при вмісті азоту до 1%

Дифузійне хромування - збільшує зносо-і корозійну стійкість у кілька разів.

Гальванічні покриття мають особливість, викликану наявністю пір. Для запобігання проникнення електроліту в пори необхідно їх заповнення. Цього досягають за рахунок ретельної шліфовки і полірування - утворюється ущільнений зовнішній шар з малою пористістю.

Калібрування застосовують для отримання розмірів 6-11 квалітету точності і Ra = 1.25-0.32 мкм. Калібрують як по одному (зовнішньому чи внутрішньому діаметру), так і за кількома параметрами. Потрібно мати на увазі, що мінімальний припуск необхідно брати в межах 0,05-0,07 мм. Деталі, що мають в структурі цементит, необхідно перед калібруванням відпал.

Глава 3.Ізделія порошкової металургії та їх властивості:

3.1. Металокерамічні підшипники:

Металокерамічні матеріали є в ряді випадків ефективними замінниками антифрикційних підшипникових сплавів - бронзи, латуні та ін

У підшипниках ковзання знаходять застосування наступні металокерамічні матеріали: бронзографіт, пористе залізо і пористий железографіт.

Одне з основних переваг металокерамічних вкладишів полягає в наявності в них пір, сприяють утворенню стійкої масляної плівки в підшипнику. У результаті попереднього просочення вкладиша (втулки) в нагрітому маслі велика кількість капілярів вкладиша заповнюється маслом і завдяки цьому поверхні, що труться забезпечується мастильної плівкою протягом тривалого часу.

Різні режими роботи вимагають застосування металокерамічних підшипників з різним ступенем пористості. Для важких умов роботи (ударні навантаження, високі швидкості), при яких потрібна підвищена механічна міцність опори, слід застосовувати підшипники з дрібних порошків (які мають більш високими механічними й антифрикційними якостями, ніж підшипники з великих порошків) з низькою пористістю. Для середніх навантажень рекомендується пористість 22 - 28%. Для роботи без додаткового змащення бажано застосування підшипників з великих порошків пористістю 25 - 35%. Чим більше пластичність і чим менше пористість спеченого порошкового металу, тим більше він наближається за властивостями до компактного металу.

При нормальній температурі (200С), спокійною навантаженні і достатньої мастилі (приблизно 3 краплі в хвилину на 1 см кв поверхні тертя) железографітовие підшипники пористістю 22 - 28% задовільно працюють при наступних режимах:

Для підшипників пористістю 15 - 20% допускаються питомі навантаження можуть бути підвищені проти зазначених на 20 - 30%. При роботі металокерамічних підшипників зі швидкістю v <1 м / сек застосовується консистентна змазка, при великих швидкостях - рідкі мінеральні масла. Підводити масло рекомендується через такі ж мастильні канавки, як у підшипників з литих металів.

Для тонкостінних втулок з підвищеною пористістю застосовується також підживлення підшипника через зовнішню стінку.

При підвищених температурах (до 300 С железографітовие підшипники можуть працювати при малих швидкостях (v <0,1 м / сек) з графітовим мастилом. Самосмазиваемость пористих железографітових підшипників відноситься тільки до малих навантажень і швидкостей, коли pv <1 кГм/см2 сек.

Пористі железографітовие підшипники виготовляють переважно у вигляді циліндричних втулок і постачають в готовому до установки вигляді. При призначенні товщини стінки виходять з умов міцності і здатності матеріалу вбирати масло.

У загальному випадку товщина стінки може бути орієнтовно прийнята рівної 0,2 d (d - діаметр вала). Самозмазуючі підшипники краще виготовляти щодо тонкостінними. При звичайній мастилі товщина стінки може бути прийнята приблизно дорівнює 0,1 d (якщо виконані умови міцності), але не менше 2 мм. При виготовленні металокерамічних вкладишів допуски на внутрішній і зовнішній діаметри витримуються в межах 3-го, а іноді і 2-го класів точності. Железографітовие втулки запресовуються в корпус по пресовим посадкам. Для забезпечення зазору в підшипнику необхідно враховувати, що зменшення внутрішнього діаметру втулки дорівнює приблизно 0,7 - 1 величини натягу. Зазор в металокерамічному підшипнику орієнтовно приймається рівним 0,001 - 0,002 діаметра валу. Доведення внутрішнього діаметру до необхідного розміру може бути проведена калібруванням, а також простяганням і розгортанням.

При обробці різанням якість робочої поверхні виходить значно нижче, ніж при калібруванні. При p = 15 + 60 кГ/см2 і v = 2,5 м / с мінімальна кількість олії на 1 см2 розрахункової поверхні вкладиша складає (орієнтовно) 1,5 - 5 крапель. При великих питомих тисках бажано застосування кільцевої мастила, масляної ванни або мастила під тиском.

3.2. Пористі матеріали та можливості їх застосування у промисловості.

До групи пористих відносяться антифрикційні, фрикційні матеріали, фільтри і так звані "потіють" матеріали.

Бронзові фільтри звичайно виготовляються з порошків зі сферичною формою частинок, отриманих шляхом розпилення рідкого металу. Температура спікання становить 800 - 900 С. Тривалість спікання від 30 хвилин до 1 години. Бронзові фільтри з розміром частинок порошку 50 - 130 мкм використовуються для грубого очищення, 2 - 30 мкм - для тонкої. Бронзові фільтри знаходять широке застосування в промисловості для очищення рідкого пального в дизелях і реактивних двигунах, мастильних матеріалів і стислих газів від твердих домішок розмірами 5 - 200мкм, а також для очищення розбавлених кислот і лугів, розплавленого парафіну і т.д.

Пористі матеріали, що виготовляються з порошків електролітичного і карбонільного нікелю методом пресування і наступного спікання при температурі 1000 - 1100 С, призначені для роботи в якості фільтрів і пористих електродів. Останні знаходять широке застосування в електрохімії та каталізі. Так, лужні акумулятори, електроди яких представляють собою високопористі нікелеві пластини, в порівнянні із звичайними акумуляторами мають меншу вагу і габарити. Велике застосування знаходять фільтри з нержавіючої сталі, які володіють більш високою корозійною стійкістю і значно дешевше чистого нікелю. Для виготовлення фільтрів застосовуються порошки з нержавіючих сталей Х17Н2, Х18Н9, х30 та ін Технологія їх виготовлення: пресування або прокатка з подальшим спіканням при температурі 1200 - 1250 С протягом 2 - 3 годин. Фільтри з нержавіючих сталей показали гарні результати при очищенні рідкого лиття, гарячого доменного і мартенівського газів. Як перешкода для поширення полум'я вони знаходять застосування в автогенного техніці, у виробництві ацетилену, в газополум'яної обробки металів, в резервуарах низькокиплячих і вибухонебезпечних рідин. Застосування пористих матеріалів для боротьби зі зледенінням літаків дозволяє знизити на 50% витрати антифризу. Використання пористого титану в різних галузях техніки зумовлено рядом його цінних властивостей, головним з яких є висока корозійна стійкість в багатьох агресивних середовищах і висока питома міцність. Титанові пористі матеріали отримують з порошків з розміром частинок менше 60 мкм. З наповнювачем, а також з електролітичного порошку з розміром частинок до 1 мм без наповнювача. Такі вироби спікають в спеціальній атмосфері при температурі 950 - 1150 С протягом 1,5 - 2 годин. Пористий титан стійок в азотній кислоті і лужних розчинах, забезпечує тонкість очищення 5 мкм. і менше.

Пористе охолодження - один з ефективних способів охолодження високотемпературних вузлів і механізмів. Випарне охолодження передбачає примусове пропускання рідини через пористу середу. У цьому випадку тепло, що виділяється на поверхні пористого тіла, поглинається і розсіюється випарним охолоджуючим пристроєм. Встановлено, що охолодження випаровуванням більш ефективно, ніж конвективне або плівкове в рівнозначних системах. Так, застосування соплових і робочих турбінних лопаток дозволило підвищити температуру робочого газу з 840 С до 1200 С і збільшити знімається потужність на 10%. Можливості використання пористого матеріалу для контролю температури на поверхні практично не обмежені. Деталі з пористого металу можуть використовуватися для створення умови локального нагріву і одночасно вони можуть бути використані для охолодження локального перегріву механізмів.

Значні перспективи застосування в промисловості теплових труб, що забезпечують вирівнювання температурного поля в різних апаратах і установках та ізотермічні умови обробки тих чи інших матеріалів. Так, використання низькотемпературних теплових труб в електричних машинах для охолодження роторів і статорів двигунів, генераторів, а також обмоток трансформаторів дозволило збільшити їх потужність на 30 - 50%. Успішно використовуються теплові труби для охолодження високовольтних вимикачів великої потужності. Теплові труби і парові камери мають ряд переваг в порівнянні з традиційними елементами передачі тепла, наприклад, циркуляційними теплообмінниками: вони не мають рухомих деталей, безшумні, не вимагають витрати енергії на перекачування теплоносія із зони конденсації в зону випаровування, володіють малим термічним опором у порівнянні з металевими стрижнями таких же геометричних параметрів і мають невелику вагу.

Перерахованих вище прикладів достатньо, щоб показати широкі можливості для використання пористих матеріалів у різних галузях техніки. Важко передбачити всі можливі області застосування пористих матеріалів і виробів з них. Одне безсумнівно: потреба в пористих матеріалах зростає.

Глава 4. Перспективи розвитку порошкової металургії.

Завдяки структурним особливостям продукти порошкової металургії більш термостійкі, краще переносять вплив циклічних коливань температури і напруги, а також ядерного опромінювання, що дуже важливо для матеріалів нової техніки.

Порошкова металургія має і недоліки, які гальмують її розвиток: порівняно висока вартість металевих порошків; необхідність спікання в захисній атмосфері, що також збільшує собівартість виробів порошкової металургії; труднощі виготовлення в деяких випадках виробів і заготовок великих розмірів; складність отримання металів і сплавів в компактному стані; необхідність застосування чистих вихідних порошків для отримання чистих металів.

Недоліки порошкової металургії і деякі її гідності не можна розглядати як постійно діючі фактори: значною мірою вони залежать від стану і розвитку як самої порошкової металургії, так і інших галузей промисловості. У міру розвитку техніки порошкова металургія може витіснятися з одних областей і, навпаки, завойовувати інші. Розвиток дугового, електроннопроменевий, плазмового плавлення і електроімпульсного нагріву дозволили отримувати не досяжні перш температури, внаслідок чого питома вага порошкової металургії у виробництві дещо знизився. Разом з тим прогрес техніки високих температур ліквідував такі недоліки порошкової металургії, як, наприклад, труднощі приготування порошків чистих металів і сплавів: метод розпилення дає можливість з достатньою повнотою і ефективністю видалити в шлак домішки і забруднення, що містяться в металі до розплавлення. Завдяки створенню методів всебічного обтискання порошків при високих температурах в основному подолані і труднощі виготовлення безпористу заготовок великих розмірів.

У той же час ряд основних достоїнств порошкової металургії - постійно діючий фактор, який, ймовірно, збереже своє значення і при подальшому розвитку техніки.

Висновок.

Застосування порошкової металургії, її розвиток має важливе значення для всього світу. Передові країни світу такі як США і Японія щорічно інвестують і розширюють цю галузь промисловості. Це можна простежити на наступною схемою:

Тобто виробництво спечених металів за період з 1964 по 1994 рр.. в США зросла в 43,5 рази, а в Японії - у майже у 114 разів.

Не останнє місце займає порошкова металургія і в нашій країні. Вона представлена ​​такими підприємствами як «Уральський завод твердих сплавів», «Краснопахорскій завод композиційних виробів з металевих порошків» і багатьма іншими. Незаперечним доказом корисності використання порошкових є те, що в період кризи ці підприємства не тільки виживають, але і розширюють виробництво.

Ми зараз стоїмо на порозі XXI століття. І нам необхідно вибрати ті технології, які ми візьмемо з собою в майбутнє. Безсумнівно, що порошкова металургія буде стояти однією з перших в цьому списку. В умовах глобального зростання населення, коли на світ з'явився шестимільярдний житель планети порошкова металургія, яка дає найбільший економічний ефект при досить масовому виробництві, на мою думку, повинна отримати потужний поштовх у розвитку.

Зі збільшенням масштабів випуску і вдосконаленням методів виготовлення порошків зважаться такі проблеми порошкової металургії як: дорожнеча початкових матеріалів. При масовому виробництві витрати пов'язані з необхідністю виготовлення індивідуальних пристосувань (прес-форм) для кожного виду деталей скоротяться до мінімуму. З дослідженням і використанням на виробництві отримання чистих порошків розпилюванням розплавленого заліза вирішені такі проблеми як необхідність отримання достатньо чистих початкових матеріалів.

Все це свідчить про те, що ідеї закладені на початку XIX століття в роботах П.Г. Соболевського, знайдуть гідне втілення в столітті XXI.

Список використаної літератури.

Бальшин М.Ю., кипарисів С.С. Металургія; М. 1978

2. . Раковський BC, Саклінскій В.В. Порошкова металургія в машинобудуванні. Машинобудування; М. 1973

3. Лібенсон Г.А. Основи порошкової металургії. Металургія; М. 1975

4. Федорченко І.М., Андрієвський Р.О. Основи порошкової металургії; К. 1961

5. Бальшин М.Ю. Наукові основи порошкової металургії та металургії волокна; М. 1972

6. Єськов Б.Б., Лагунов Д.В., Лагунов В.С. Пористі матеріали; Воронеж, 1995

7. Вязников Н.Ф. Єрмаков С.С. Металокерамічні матеріали та вироби, Л.1967