6.3. Оспрей - процесс

Оригинальную технологию производства заготовок без применения форм разработала английская фирма «Оспрей лтд.». В этом процессе совмещаются технологические операции распыления расплава и формования заготовок. Расплав распыляется газом, а поток распыленных частиц направляется на холодную подложку, причем скорость распыления и расстояние от фокуса распыления до поверхности подложки выбирается и регулируется с таким расчетом, чтобы частицы сваривались друг с другом. Такое техническое решение предотвращает формирование оксидных пленок на порошковых частицах.

Первоначально Оспрей-процесс применялся для изготовления небольших по массе фасонных заготовок из конструкционных и инструментальных сталей, которые подвергали горячей штамповке. Затем этот процесс стали применять для производства заготовок цилиндрического сечения в виде сплошных слитков или труб из сталей, жаропрочных никелевых сплавов, алюминиевых сплавов и др. Особенно перспективно применение этого процесса для сплавов, склонных к макроликвации при стандартной технологии производства слитков. На рис.6.4 приведена схема производства полунепрерывного слитка с применением Оспрей-процесса.

Имеются сведения об изготовлении трубных заготовок на базе Оспрей-процесса. Трубные заготовки получают, распыляя расплав на вращающуюся подложку цилиндрической формы (рис.6.5) Типичная скорость распыления от 0,5 до 2 кгс. Скорость охлаждения капель расплава около 10⁴ Кс. Сообщается об изготовлении трубных заготовок из сплава никеля, содержащего 21% хрома, 9% молибдена и 4% ниобия. Трубные заготовки подвергали горячей экструзии. В результате получали трубы диаметром 100-200 мм с дисперсной структурой и без какой-либо макронеоднородности по химическому составу. Механические свойства металла: предел прочности более 1000 МПа; предел текучести 490-560 МПа; относительное удлинение 30%. Достигнутый уровень свойств превышает свойства труб из этого же сплава, но изготовленных другими технологическими способами.

Глава 7. Финишные технологические операции

Необходимость повышения свойств порошковых материалов стимулирует разработку и применение различных видов дополнительной обработки на финише производственного процесса изделий из порошка. Такими финишным операциями являются различные виды термической и механической обработки, защита от коррозии и др.

7.1. Термическая обработка

Термическая обработка (ТО), включающая нагрев, выдержку и охлаждение порошковых заготовок, проводится с целью изменения структуры материала и улучшения его физико-механических свойств. Возможность воздействия на структуру и свойства порошкового материала с помощью ТО обусловлена тем, что каждая порошковая частица представляет собой металлический микрослиток, в котором при нагреве и охлаждении происходят такие же превращения, как и в макрообъемах литого и деформированного сплава.

В то же время порошковые заготовки по некоторым параметрам существенно отличаются от слитков. Наличие пор и развитой поверхности обусловливают повышенную склонность порошковых заготовок к окислению и обезуглероживанию, поэтому при нагреве требуются более эффективные меры защиты поверхности заготовок. Это нужно еще и потому, что пористые материалы имеют низкую теплопроводность, весьма чувствительны к тепловым ударам, в результате чего время их нагрева существенно возрастает. Поры, являясь концентраторами напряжений, при резком охлаждении создают зоны пиковых напряжений, которые могут вызывать трещины.

ТО порошковых материалов может быть предварительной и окончательной. Предварительная ТО (отжиг, нормализация) проводится не только на заготовках, но, иногда и на порошках. Цель такой обработки сводится к снижению твердости, улучшению обрабатываемости и снятию напряжений. Окончательная ТО (закалка и отпуск) применяется для готовых изделий с целью придания им заданной структуры и физико-механических свойств.

Особенности ТО порошковых материалов наиболее полно изучены применительно к сталям. Пористость порошковой стали оказывает влияние как на технологию ТО, так и на ее результаты. По сравнению с литыми сталями, порошковые стали имеют большую суммарную поверхность и обладают повышенным запасом свободной энергии. Это интенсифицирует перлитно-аустенитное превращение. Наблюдается некоторое повышение температуры начала мартенситного превращения и падение твердости мартенсита. При закалке порошковых сталей повышается вероятность обезуглероживания и имеет место повышенный разброс твердости. Кроме того, при закалке у порошковых сталей, помимо обычных термических и фазовых напряжений, возникают дополнительные напряжения, связанные с наличием пор, межчастичных трещин. Это повышает твердость порошковой стали, но, одновременно, может снизить ее прочность. Для снятия остаточных напряжений и повышения прочности обычно проводится отпуск в диапазоне 250-400^оС.

Порошковые материалы на основе цветных металлов также подвергаются ТО. Например, порошковые латуни в большей степени, чем литые, склонны к коррозии под воздействием остаточных напряжений. Поэтому изделия из порошковой латуни после холодной деформации и механической обработки для снятия напряжений обязательно отжигают при 400-500^оС. Порошковые алюминиевые сплавы для повышения физико-механических свойств подвергают закалке и старению. Закалку ведут с температуры 490-530^оС в воду, последующее старение при 100-175^оС.

При ТО порошковых изделий, как из черных, так и из цветных металлов, особое внимание следует уделять нагреву, учитывая повышенную чувствительность пористых материалов к напряжениям. При наличии в материалах полиморфных превращений, вблизи точек перехода следует делать изотермическую выдержку или уменьшать скорость нагрева. Медленный нагрев рекомендуется для изделий с резкими переходами от тонких сечений к толстым. Не следует нагревать и охлаждать пористые изделия в солевых растворах, потому что соли трудно удалять из пор и изделия (при взаимодействии с солями) подвергаются электрохимической коррозии. Как уже отмечалось, нагрев порошковых материалов необходимо проводить в печах с защитной средой. При отсутствии таких печей целесообразно использовать контейнеры с углеродосодержащими засыпками.