Производство деталей из металлических порошков

Содержание
  1. Порошковая металлургия
  2. Получение порошков
  3. Компактирование
  4. Спекание
  5. Производство деталей из металлических порошков
  6. Этапы технологии порошковой металлургии
  7. Преимущества порошковой металлургии
  8. Про порошковую металлургию – достоинства и недостатки
  9. Этапы производства в порошковой металлургии
  10. Смешивание
  11. Прессование (уплотнение)
  12. Нагрев (спекание)
  13. Преимущества и недостатки порошковой металлургии
  14. Заключение
  15. Порошковая металлургия: история, нюансы производства, перспективы
  16. Преимущества металлических порошков
  17. Экскурс в историю отрасли
  18. Производство порошковых металлов, свойства материалов
  19. Физико-механическое измельчение сырья
  20. Восстановление с помощью химико-металлургических методик
  21. Свойства порошков
  22. Физические свойства
  23. Технологические свойства
  24. Формование порошка из металла
  25. Дополнительные операции
  26. Перспективы развития отрасли

Порошковая металлургия

Производство деталей из металлических порошков

Из металлов и различных сплавов могут производиться порошковые составы. Они могут применяться самым различным образом для защиты заготовок и деталей. Порошковая металлургия – активно развивающаяся область, которая имеет огромное количество особенностей. Это направление металлургии появилось более ста лет назад.

Порошковая металлургия

Получение порошков

Для производства порошка могут применяться самые различные технологии, но их объединяют следующие моменты:

  1. Экономичность. В качестве сырья могут использоваться отходы металлургической промышленности. Примером назовем окалину, которая сегодня нигде не применяется. Кроме этого, могут применять и другие отходы.
  2. Высокая точность геометрических форм. Изделия, получаемые при применении рассматриваемой технологии порошковой металлургии, обладают точными геометрическими формами, последующая механическая обработка не требуется. Этот момент определяет относительно небольшое количество отходов.
  3. Высокая износостойкость поверхности. За счет мелкозернистой структуры получаемые изделия обладают повышенной твердостью и прочностью.
  4. Невысокая сложность технологий порошковой металлургии.

Рассматривая наиболее распространенные технологии порошковой металлургии отметим, что они делятся на две основные группы:

  1. Физико-механические методы заключаются в измельчении сырья, за счет чего размер частиц становится небольшим. Подобного рода процессы производства характеризуются комбинированием различной нагрузки, которая оказывает воздействие на сырье.
  2. Химико-металлургические методы используются для изменения фазового состояния применяемого сырья. Примером подобного производства можно назвать восстановление солей и окислов, а также других соединений металлов.

Металлический порошок

Кроме этого, выделим следующие особенности производства порошка:

  1. Шаровой способ предусматривает переработку металлических обрезков в шаровой мельнице. За счет тщательного дробления получается мелкозернистый порошок.
  2. Вихревой способ заключается в применении специальной мельницы, которая создает сильный воздушный поток. Столкновение крупных частиц становится причиной получения мелкого порошка.
  3. Применение дробилок. Нагрузка, которая создается при падении груза большой массы, приводит к измельчению материала. Ударная нагрузка воздействует с определенной периодичностью, за счет чего и происходит дробление состава.
  4. Распыление сырья в жидком виде под воздействием сжатого воздуха. После получения хрупкого состава, металл пропускается через специальное оборудование, которое перемалывает его для получения порошка.
  5. Электролиз – процесс восстановления металла из жидкого состава под воздействием электрического тока. За счет повышения показателя хрупкости сырье может быстро перемалываться в специальных дробилках. Данный метод обработки позволяет получить зерно дендритной формы.

Некоторые из приведенных выше технологий порошковой металлургии получили большое распространение в промышленности по причине высокой производительности и эффективности, другие сегодня практически не применяются из-за повышения стоимости получаемого сырья.

Компактирование

Порошковая металлургия также предусматривает проведение процедуры, которая основана на получении полуфабрикатов в виде прутков и лент. После прессования можно получить практически готовое к применению изделие.

К особенностям процесса компактирования можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. В качестве сырья при проведении рассматриваемого процесса применяется сыпучее вещество.
  2. После прохождения компактирования сыпучий порошок становится компактным материалом с пористой структурой. Прочность получаемого изделия приобретается в ходе проведения других процессов обработки.

Принцип порошковой металлургии

Рассматривая процесс прессования порошка, отметим применение следующих технологий:

  1. прокатывание;
  2. шликерное литье;
  3. изостатическое прессование за счет оказания давления газом или жидкостью;
  4. прессование с одной или обеих сторон при применении специальных металлических матриц;
  5. инжекционный метод.

Для того чтобы ускорить процесс компактирования, изделия порошок подвергается воздействию высокой температуры. В большинстве случаев расстояние между отдельными частицами уменьшается за счет воздействия высокого давления. Большой прочностью обладают порошки, изготавливаемые из мягких металлов.

Спекание

Финальный этап в порошковой металлургии заключается в воздействии высокой температуры. Практически любой метод порошковой металлургии предусматривает воздействие высокой температуры. Проводится спекание для достижения следующих целей:

  1. для повышения плотности изделия;
  2. для придания определенных физико-механических качеств.

Для термического воздействия проводится установка специального оборудования. Защитная среда, как правило, представлена инертными газами, к примеру, водородом. Процесс спекания может проводится и в вакууме для повышения эффективности применяемой технологии.

Индукционный метод нагрева также пользуется большой популярностью. Он предусматривает использование индукционных печей, которые производят или изготавливают своими руками. В продаже встречается оборудование, способное объединять несколько технологических процессов: спекание и прессование.

Порошковую металлургию применяют в авиации, электротехнике, радиотехнике и многих других отраслях промышленности. Это связано с тем, что применяемая технология производства позволяет получать детали сложной формы. Кроме этого, современные технологии порошковой металлургии позволяют получить детали, обладающие:

  1. Высокой прочностью. Плотная структура определяет повышенную прочность.
  2. Долговечностью. Получаемые изделия могут прослужить в тяжелых условиях эксплуатации на протяжении длительного периода.
  3. Износостойкостью. Если нужно получить поверхность, которая не истирается под механическим воздействием, то нужно рассмотреть технологию порошковой формовки.
  4. Пластичностью. Можно также получить заготовки повышенной пластичности.

Продукция порошковой металлургии

Также распространение этой технологии можно связать с низкой себестоимостью получаемых изделий.

Достоинства и недостатки
Метод получения изделий из порошков получил достаточно широкое распространение по причине большого количества достоинств:

  1. низкая стоимость получаемых изделий;
  2. возможность производства крупных деталей со сложными поверхностями;
  3. высокие физико-механические качества.

Металлургический порошковый метод характеризуется и несколькими недостатками:

  1. Получаемая структура обладает относительно невысокой прочностью.
  2. Структура характеризуется меньшей плотностью.
  3. Рассматриваемые технологии предусматривают применение специализированного оборудования.
  4. При нарушении технологии производства детали имеют низкое качество.

Сегодня порошковая металлургия активно применяется в самых различных отраслях промышленности. Кроме этого, ведутся разработки, которые направлены на улучшение качества получаемых изделий.

В заключение отметим, что при соединении мелких частиц различных металлов и сплавов получаются материалы с особыми эксплуатационными качествами.

Производство деталей из металлических порошков

Производство деталей из металлических порошков

Порошковая металлургия – область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента.

Технология порошковой металлургии включает следующие операции:

  • получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси) с заданными химическим составом и технологическими характеристиками;
  • формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами (главным образом прессованием);
  • спекание, т. е. термическую обработку заготовок при температуре ниже точки плавления всего металла или основной его части.

После спекания изделия обычно имеют некоторую пористость (от нескольких процентов до 30—40%, а в отдельных случаях до 60%).

С целью уменьшения пористости (или даже полного устранения её), повышения механических свойств и доводки до точных размеров применяется дополнительная обработка давлением (холодная или горячая) спечённых изделий; иногда применяют также дополнительную термическую, термохимическую или термомеханическую обработку.

В некоторых вариантах технологии порошковой металлургии отпадает операция формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы.

Этапы технологии порошковой металлургии

1. Получение порошков

– Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах (получение крупных (100 и более мкм) порошков неправильной формы); – распыление жидких металлов в воздух, либо в воду: его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность; – получение порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из окислов) углеродом или водородом; – электролитическое осаждение металлов;

– термическая диссоциация летучих карбонилов металлов (карбонильный метод). Преимущества- получение мелкодисперсного (0-20 мкм) порошка железа правильной формы, с определёнными радиотехническими свойствами.

2. Формование порошков

Основной метод формования металлических порошков — прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением 200—1000 Мн/м2 на быстроходных автоматических прессах.

Прессовки имеют форму, размеры и плотность, заданные с учётом изменения этих характеристик при спекании и последующих операциях.

Возрастает значение таких новых методов холодного формования, как изостатическое прессование порошков под всесторонним давлением, прокатка и МIМ-технология.

3. Спекание порошков

Спекание проводят в защитной среде (водород; атмосфера, содержащая соединения углерода; вакуум; защитные засыпки) при температуре около 70—85% от абсолютной точки плавления, а для многокомпонентных сплавов — несколько выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента.

Защитная среда должна обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования нежелательных загрязнений продукции, предотвращать выгорание отдельных компонентов (например, углерода в твёрдых сплавах), обеспечивать безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции в защитной среде.

Цель спекания — получение готовых изделий с заданными плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками, необходимыми для последующей обработки. Расширяется применение горячего прессования (спекания под давлением), в частности изостатического.

Преимущества порошковой металлургии

1. Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать другими методами. К ним относятся:

– некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал);

– сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.): композиции и так называемые псевдосплавы металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (например, вольфрам — медь);

– композиции из металлов и неметаллов (медь — графит, железо — пластмасса, алюминий — окись алюминия и т.д.);

– пористые материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др.

2. Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. Порошковая металлургия позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до 60—80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т.п.).

3. При использовании чистых исходных порошков (например, карбонильный метод) можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.

Про порошковую металлургию – достоинства и недостатки

Производство деталей из металлических порошков

Процесс порошковой металлургии является относительно новым и имеет ряд преимуществ по сравнению с процессом литья металла. Тем не менее, этот процесс не может полностью заменить функцию литья, имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества порошковой металлургии в том, что качество и эффективность полученного материала получается высокой. В результате процесса можно сделать результирующий материал у которого плотность и температура его плавления будут достаточно высоки.

Недостаток процесса порошковой металлургии заключается в ограниченности формы и точности, которые могли бы быть сделаны.

Порошок для сырья (частицы имеют размер от 0,01 до 500 мкм) – это одна из фундаментальных проблем, которые также необходимо решать. Хотя запасы руды большие, но этот порошок требуется изготовить.
Кроме того чтобы выявить преимущества и недостатки порошковой металлургии необходимо рассмотреть:

  • как готовится порошковый материал;
  • какие этапы процесса изготовления;
  • как должно быть задано давление для того, чтобы можно было получить изделие, которое является достаточно прочным;
  • как должны быть заданы температура и время спекания, чтобы полученный связующий атом считался достаточно прочным;
  • как конструкция заготовки может быть обработана с помощью порошковой металлургии.

Процесс производства металла порошковой металлургией достаточно известен с 18-го века.

Порошковая металлургия – это процесс формирования заготовки из товарного металла, при котором металл сначала разрушается до образования муки, затем прессуется в пресс-форме и нагревается ниже температуры плавления порошка так, чтобы образовалась заготовка.

Так что перемешивание частиц металла обусловлено механизмом переноса массы за счет диффузии атомов между поверхностями частиц. Метод подразумевает скрупулезное отношение к составу и использованию смеси.

Продукт порошка может состоять из смеси порошков различных металлов и других материалов, чтобы увеличить твердость и качество объектов в целом.

Кобальт или железо связывают частицы вольфрама, графит добавляют в металлические подшипники для повышения качества подшипников и т.д.

Этапы производства в порошковой металлургии

Шаги, которые необходимо пройти и чтобы определить преимущества порошковой металлургии, в том числе:

  1. Приготовление и изготовление порошка.
  2. Смешивание.
  3. Формование и уплотнение.
  4. Нагрев (спекание).

Существует несколько способов изготовления порошка, среди прочих:

  1. Разложение, происходящее в материале, содержащем металлический элемент. Материал будет разлагаться/отделять элементы при нагревании до достаточно высокой температуры. В этом процессе участвуют два реагента, а именно соединения металла и восстановитель. Второй реагент может быть осязаемым твердым веществом, жидкостью или газом.
  2. Распыление жидких металлов на сопло, через которое подается под давлением вода, так что образующиеся гранулы являются небольшими.
  3. Электролитическое осаждение, изготовление порошков с помощью процесса электролиза, который обычно производит порошок, который является высокореактивным и хрупким. Для этого материала нужно дать специфическую обработку отжига. Форма гранул, получаемых электролитными отложениями – форменная дендритная (форма елочных веточек).
  4. Механическая обработка твердых материалов, изготовление порошков с помощью шарового фрезерования. Материал, изготовленный с помощью механической обработки, должен быть материалом, который легко трескается, таким как чистые металлы, висмут, сурьма, металлический сплав, который является относительно твердым и хрупким и керамика.

Смешивание

Смешивание порошка может быть произведено путем смешивания различных металлов и других материалов для обеспечения лучших физико-механических свойств.
Существует два вида смешивания, а именно:

  1. Влажное смешивание, которое представляет собой процесс, в котором порошковая матрица и наполнитель смешиваются сначала с растворителем. Этот метод применяется, если используемый материал (матрица и наполнитель) легко подвергается окислению. Цель растворителя состоит в том, чтобы облегчить процесс и покрыть поверхность, чтобы предотвратить возникновение окисления на используемом материале.
  2. Сухое смешивание, то есть процесс смешивания осуществляется без использования растворителей, способствующих растворению, и осуществляется на наружном воздухе. Этот метод используется, когда используемый материал нелегко подвергается окислению.

Определяющими факторами однородности распределения частиц являются скорость перемешивания, продолжительность времени перемешивания, размер и тип частиц, температура и среда процесса.

Чем больше скорость смешивания тем более однородным получается распределение частиц.

Однородность смеси сильно влияет на процесс прессования (уплотнения), поскольку сила сжатия, заданная в момент уплотнения, будет распределена равномерно, так что качество связи между частицами будет лучше.

Прессование (уплотнение)

Прессование-это процесс сдавливания порошка в желаемую форму в соответствии с пресс-формой. Существует 2 вида способа уплотнения, а именно:

  1.  Холодное прессование, а именно упор без сильного нагревания, но с давлением от 100 до 900 МПа. Этот метод используется, когда используемые материалы легко окисляются, например алюминий.Процесс холодного прессования может состоять из прессования штампа который делается на пресс-форме, содержащей порошок. Холодное прессование с упором на порошок комнатной температуры, который имеет одинаковое давление со всех сторон.

    Также применяется прокатка, а именно упор на порошковый металл с использованием прокатного стана.

  2. Горячее прессование при температуре выше комнатной. Этот метод используется, когда используемый материал не окисляется.

Суть прессования, чтобы порошок мог прилипать друг к другу до улучшения его связи процессом спекания.

В процессе получения сплава методом порошковой металлургии связующий порошок образуется в результате сцепления между поверхностью, взаимодействие путем адгезии и диффузии между поверхностью, которые могут возникать в процессе спекания.

Форма предметов, которые снимаются с прессования, так называемые компактные сырьевые материалы, должны напоминать конечный продукт, но его прочность все равно невысока.

Чтобы избежать возникновения разницы в плотности в момент прессования используется смазка, направленная на уменьшение трения между частицами и стенками пресс-формы. При использовании смазочного материала выбирается такой, который не реагирует с порошковой смесью и который имеет низкую температуру плавления, так чтобы в процессе спекания исходный уровень смазочного материала испарился.

В процессе уплотнения возможны 3 модели склеивания:

  1. Рисунок склеивающих шариков. Возникает, когда величина заданной силы сжатия меньше предела текучести матрицы и наполнителя, так что порошок не изменяет форму постоянно или деформирует эластичность лучше на матрице и наполнителе, так что порошок остается шарообразным.
  2. Узор склеивания мячикового типа. Возникает, когда величина сжимающей силы обеспечивается между пределом текучести матрицы и наполнителя. Это приводит к тому, что один материал (матрица) пластически деформируется, а другой (наполнитель) нет, так что образующиеся частицы как бы формируют шаровое поле.
  3. Рисунок зон связи. Возникает, когда величина обеспечиваемой сжимающей силы больше на пределе текучести матрицы и наполнителя. Это приводит к тому, что два материала (матрица и наполнитель) пластически деформируются, так что образующиеся частицы как бы формируют поля.

Нагрев (спекание)

Нагрев при температуре ниже температуры плавления композиционных материалов называется спеканием.

В процессе спекания образуются твердые предметы из–за образующейся связи. Тепло вызывает единство частиц и эффективность реакции поверхностного натяжения повышается. Другими словами, процесс спекания вызывает слияние частиц таким образом, что плотность увеличивается. В ходе этого процесса образуются границы зерен, что является стадией перекристаллизации.

Температура спекания обычно составляет 0,7-0,9 от температуры плавления. Время нагрева зависит от типа металла. Окружающая среда непосредственно внутри штампа очень важна, потому что сырье состоит из мелких частиц, которые имеют большую площадь поверхности.

Поэтому окружающая среда должна состоять из газа восстановления или азота, чтобы предотвратить возникновения оксидного слоя на поверхности во время процесса спекания.

Параметры спекания включают температуру, время, скорость охлаждения, скорость нагрева, атмосферное спекание и тип материала.
Исходя из характера склеивания, возникающего в процессе сжатия, можно выделить 2 явления, которые могут возникнуть в момент спекания, а именно:

Усадка

Если в момент уплотнения образуется рисунок склеивания шарикового поля, то в процессе спекания образуется усадка, возникающая из-за того, что в процессе спекания газ (смазка), находящийся на пористости, испытывает дегазацию (выделение газа в момент спекания).

А если температура спекания будет постоянно повышаться, то произойдет диффузия на поверхности между частицами матрицы и наполнителя, на которой окончательно образуется жидкий мостик горловины (образуется фазовая смесь между матрицей и наполнителем).

Жидкий мостик покрывает пористость.

Трещины (растрескивание)

Возможно при уплотнении образуется сцепление между частицами в виде закрытых объемов, вызывающих улавливание газа/смазки внутри материала. В момент спекания захваченный газ не успел выйти наружу, но жидкий мостик уже произошел, так что путь был закрыт.

Газ, попавший в эту ловушку, будет проталкиваться в любом направлении так, что произойдет вздутие (расширение), так что давление будет выше, чем давление снаружи. Если качество связующей поверхности частиц в композиционном материале низкое, то он не сможет выдержать большее давление и произойдут трещины (растрескивание).

Трещины также могут возникать в результате процесса менее совершенного уплотнения, наличия теплового удара в момент нагрева за счет теплового расширения матрицы и наполнителя.

Процесс спекания включает в себя 3-ступенчатый нагревательный механизм:

  1. Предварительное спекание-это процесс нагрева, который направлен на:– уменьшение остаточного напряжения вызванного процессом уплотнения

    – вытеснения газа или твердой смазки, которая задерживается в пористости композиционного материала (дегазация).    Не применяется слишком быстрое изменение температуры во время процесса спекания чтобы избежать тепловой удар. Температура предварительного спекания обычно проводится на 1/3 температуры плавления.

  2. Диффузионная процедура
    В процессе нагрева до возникновения массопереноса на поверхности между частицами порошка, взаимодействующими друг с другом, делают падатемпературное спекание (2/3 ). Атомы на поверхности частиц диффундируют между поверхностью, тем самым увеличивая прочность материала.
  3. Устранение пористости
    Конечной целью процесса спекания на основе является получение материала, обладающего высокой прочностью. Именно из-за наличия диффузии между поверхностью частиц порошка, возникает горловина (жидкий мост) между частицами. Нагрева приводит к устранению пористости (образованию спеченной плотности).

Отделка

На момент финишной обработки пористость полностью спеченного материала все еще значительна (4-15%). Для улучшения свойств могут проводить термообработку.

Преимущества и недостатки порошковой металлургии

Преимущества процесса порошковой металлургии, среди прочих:

  • способность контролировать качество и количество материала;
  • обработка использует низкую температуру поэтому энергоэффективность производства высокая;
  • скорость получения продукта высокая;
  • процесс экономичный, потому что никакой материал не тратится впустую во время обработки.

Недостаток порошковой металлургии, в том числе:

  • стоимость изготовления и хранения порошка дорогая;
  • невозможно получить критически важные допуски, так как металлический порошок не способен перетекать в литейное пространство;
  • трудно получить равномерную плотность.

Заключение

Можно сделать вывод, что порошковая металлургия представляет собой процесс формирования заготовки из товарного металла, при котором металл сначала разрушается в виде муки, затем мука прессуется в пресс-форме и нагревается ниже температуры плавления порошка таким образом, чтобы образовалась заготовка.
Этапы, которые необходимо пройти по порошковой металлургии, среди прочих: подготовка и изготовление порошков, смешивание (перемешивание), упор (уплотнение) и нагрев (спекание).

Порошковая металлургия: история, нюансы производства, перспективы

Производство деталей из металлических порошков

Разнообразие изделий, изготовленных с помощью порошковой металлургии, охватывает: детали оборудования с антифрикционными свойствами и узлы приборостроения, конструкционные элементы, инструментальные заготовки в разных направлениях промышленности.

Преимущества металлических порошков

Востребованность отрасли обусловлена ее преимуществами над другими способами металлообработки:

  1. Минимизируются затраты средств и времени на финальную обработку продукции. Изделия точно соответствуют заданным формам и чертежным габаритам, отличаются качественной поверхностью.
  2. Удается создавать продукцию с необычными свойствами за счет объединения металлических компонентов с неметаллическими.
  3. Уменьшается число технологических операций, за счет чего экономятся ресурсы, энергия. Стартовое сырье используется на 97%.
  4. Готовые изделия характеризуются более высокими эксплуатационными, техническими характеристиками по сравнению с теми, которые изготовлены традиционными методами.
  5. Удается упростить производство изделий со сложной формой.

Экскурс в историю отрасли

Издавна порошковое серебро, золото и медь применяли в искусстве живописи, керамике. В процессе геологических исследований на территории Древнего Египта найдены железные орудия, в Дели – железный памятник.

Изделия изготавливались кричной технологией: железную руду нагревали горнами при температуре в 1000 градусов, получали крицу (губчатый материал), затем проковывали неоднократно и в финале снижали количество пор нагревом.

Доменное производство на время вычеркнуло порошковую металлургию из способов металлообработки.

Возвращением к порошковой металлургии мы обязаны русским ученым В.В. Любарскому и П.Г. Соболевскому. В 1826 г. учеными разработана методика прессования, заданного спекания порошка платины. С этого момента порошковая металлургия в виде отрасли науки получила новую жизнь. Важные моменты в истории развития отрасли:

  • 1924 г. – Т.М. Алексеенко-Сербин организует лабораторию по внедрению новых технологий обработки металлов в Москве на электроламповом заводе;
  • 1932 г. – получение порошкового электролитического железа и вольфрамового порошка в масштабных объемах на механическом заводе в Ленинграде;
  • 1953-1957 гг. – использование металлотермического восстановления для изготовления порошкообразных сложнолегированных сталей;
  • после 1957 г. – изготовление спеченных материалов на базе железа с пропиткой медью, заполнением пор материала стеклом, введением углерода.

Стандартная технология производства подразумевает 4 этапа: получение порошка из сырья, формование заготовок, последующее спекание, финишную обработку. Каждый этап влияет на свойства будущего изделия.

Производство порошковых металлов, свойства материалов

Способы получения из разного сырья металлических порошков многочисленны и разнообразны, что обуславливает вариации свойств изделий, финансовых показателей и качества. Выделяют 2 способа производства:

  1. Физико-механический (переработка сырья помолом, дроблением на фракции и грануляцией, направленным распылением, резкой). Химический состав не меняется.
  2. Химико-металлургический (сырье подвергается восстановлению окислами, а еще термической диссоциации и электролизу). Меняется агрегатное состояние сырья, химический состав.

Физико-механическое измельчение сырья

Под измельчением понимают разрушение твердых материалов под воздействием извне до частиц определенного размера. Измельчение осуществляют размолом и дроблением, истиранием.

Механическое измельчение выгодно применять в отношении кремния и марганца, сурьмы и хрома, а также других хрупких металлов. Если речь о меди и других вязких металлах, сырьем служит обрезка заготовок, стружка и другие отходы.

Воздействуют на сырье сжатием и ударными механизмами, срезают послойно. Последний способ – когда требуется тонкое измельчение. Грубое размельчение выполняют валковыми, щековыми, конусными дробилками. Финальный помол происходит в мельницах разных типов (вихревых и центробежных, вибрационных и др.).

В отношении жидких металлов применяется грануляция, распыление. Это доступный и нетрудоемкий способ создания порошкового железа, алюминия и свинца, а также цинка, меди и иных металлов, плавящихся в условиях нагрева до 1600 градусов.

Воздействие заключается в дроблении расплавленной струи жидкостью, энергонасыщенным газом, целенаправленном распылении, а также в сливании расплава в воду или другую жидкость.

В результате распыления получают частицы разных форм (капля, шар и др.).

Восстановление с помощью химико-металлургических методик

Восстановительный процесс из окислов заключается в объединении металла, имеющего неметаллические включения (хлорные, кислородные, солевые остатки), с восстановителем (водородом и газом, углем, кадмием и пр.).

Сырьем для выпуска кобальтового, никелевого и медного порошка становятся окиси, закиси металлов и окалина от проката. Процесс восстановления осуществляют в трубчатых и муфельных печах с участием специально подготовленного природного газа, диссоциированного аммиака и водорода. Этап занимает до 3 часов. Результат – губка, легко растираемая в порошок.

Электролиз отличается экономической выгодой в отношении получения чистого медного порошка. Суть метода заключается в разложении водного раствора / расплавленной соли металла под воздействием электрического тока. Результатом становится осевший на катодном элементе металл в виде частиц разных форм, габаритов. Размеры частичек зависят от наличия ПАВ и коллоидов, от плотности электротока.

Карбонильный процесс – формирование карбонила (соединения с окисью углерода) из сырья и последующее образование порошка в ходе нагрева и ожидаемого разложения карбонила. Так получают никелевые, железные, кобальтовые, вольфрамовые и прочие порошки.

Свойства порошков

Металлические порошки на этапах производства получают определенные химические и физические, а также технологические свойства.

Химические свойства

Итоговые свойства варьируются от выбранной методики изготовления порошкообразного металла, химических компонентов сырья, используемого в производстве.

Базовый металл в порошке остается на уровне 98-99%, остальное – примеси в изученном количестве.

Исключением являются никелевые, железные, медные и другие металлические окислы, легко образующие в ходе нагрева атомы, которые улучшают спекаемость полученных порошков.

В металлических порошках есть азот, водород и другие газы, попавшие в сырье и адсорбированные с поверхности.

В электролитических порошках присутствует водород, в карбонильных – примесь кислорода и двуокиси углерода, а в распыленных – газообразные вещества, участвующие в процессе производства.

До прессования полученных на производстве порошков из них удаляют избыток газов вакуумированием, чтобы избежать растрескивания готовых изделий при спекании.

Физические свойства

Определяются формой, размерами, плотностью и другими характеристиками. Форма зависит от выбранного способа производства:

  • карбонильный – сферическая;
  • восстановительный – губчатая;
  • измельчение мельницей – осколочная;
  • вихревое дробление – тарельчатая;
  • электролиз – дендритная;
  • распыление – каплевидная.

Размеры частиц варьируются от долей мкм до десятых долей мм. Наиболее широкий диапазон встречается в порошках, сделанных с помощью электролиза, восстановления.

Плотность зависит от дефектов в кристаллической решетке, наличия примесей в закрытых порах. Определяется пикнометром.

Микротвердость определяет способность частиц порошка к деформированию. Показатель зависит от наличия и характера примесей.

Технологические свойства

Определяются текучестью, формуемостью, насыпной плотностью и прессуемостью.

Текучесть указывает на скорость, с которой взятая условно единица объема заполнится порошком. От показателя зависит производительность в ходе прессования.

Прессуемостью называют способность приобретать конкретную плотность на этапе прессования, а формуемостью – возможность сохранять определенную форму.

Формование порошка из металла

Цель процесса – придать порошковым заготовкам планируемые размеры и форму, добиться нужной плотности и механической прочности. Формование охватывает несколько операций:

  1. Отжиг. Повышает пластичность и прессуемость.
  2. Классификация. Суть заключается в разделении порошков по габаритам частиц с помощью проволочных, протирочных сит и воздушных сепараторов.
  3. Создание смеси. Смешивают порошки от разных металлов до однородного состава в смесителях, с помощью шаровых мельниц.
  4. Дозирование. Отделение заданных объемов порошковой смеси. Бывает дозирование по весу и объему.
  5. Формование. Выполняется прессованием (изостатическим и мундштучным, а также динамическим и в прессформе), прокаткой, шпикерным формованием.

Дополнительные операции

Технология производства включает дополнительные операции, направленные на повышение точности и чистоты полученной поверхности, улучшение механических и физико-химических параметров. К дополнительным процессам относят пропитку с помощью жидких металлов и масла, механическую и химико-температурную обработку, нитроцементацию, диффузионное хромирование, калибрование.

Какие изделия выпускает порошковая металлургия

Металлокерамические материалы в ряде областей эффективно заменяют латунь, бризу и другие подшипниковые сплавы с антифрикционными характеристиками. Подшипники скольжения изготавливают из пористого железа и железографита, из бронзографита. Наличие пор позволяет образоваться прочной пленке, что снижает трение и продлевает срок службы деталей.

Фрикционные и антифрикционные, «потеющие» материалы и фильтры входят в группу пористых изделий. Применяются в роли фильтров, электродов. Если в щелочном аккумуляторе используют высокопористые пластины никеля, изделие имеет меньшую массу и размеры по сравнению со стандартным аккумулятором.

Фильтры из нержавейки, стойкие к коррозии, дешевле изделий из чистого никеля. Они нужны в очистке от примесей жидкого литья, а также мартеновского и доменного газа. Пористые материалы используются для защиты авиатранспорта от обледенения, создания местного нагрева и охлаждения перегретых механизмов.

Перспективы развития отрасли

Продукция, полученная с помощью методов порошковой металлургии, за счет своих структурных особенностей отличается термостойкостью, гораздо лучше относится к температурным колебаниям, напряжению. Развитие отрасли тормозится стоимостью порошков, особыми требованиями к среде спекания, сложностью в производстве крупногабаритных заготовок.

Актуальные достоинства и недостатки отрасли – временные факторы, зависящие от развития данной сферы и сопутствующих направлений промышленности. Со временем порошковая металлургия способна завоевать другие области или будет вытеснена.

За счет развития плазменного, а также электроннолучевого и дугового плавления, наряду с электроимпульсным нагревом, удается достичь температурных условий, недоступных ранее. Это снизило роль порошковой металлургии в общем производстве.

Одновременно технологии нивелировали недостатки технологии – сложности в получении предельно чистых металлов, выпуске особо крупных заготовок.

Развитие и дальнейшее внедрение порошковой металлургии нельзя недооценивать. Япония и США каждый год расширяют отрасль, вкладывая немалые средства. Производство порошковых металлов за 1964-1994 гг. в Японии возросло в 114 раз, в США – в 43,5 раза.

Российская порошковая металлургия представлена Краснопахарским и Уральским заводом, другими предприятиями. Даже в кризис предприятия выжили, расширили производство. Это доказывает пользу и востребованность отрасли. Глобальный прирост населения требует технологий, дающих значимый экономический эффект в условиях массового производства. Поэтому отрасль требует мощных усилий в развитии.

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: