10. Способы получения и технологические свойства порошков (насыпная масса, текучесть, пресуемость, спекаемость)

Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них.

Технологический процесс производства порошковых изделий включает в себя следующие основные операции: получение порошков, приготовление шихты (смеси разнородных материалов); формование порошковых заготовок; спекание заготовок, в результате которого они приобретают свойства, необходимые либо для готовых деталей (как правило, пористых), либо для заготовок, подвергаемых в дальнейшем окончательной обработке (уплотняющему обжатию, термообработке, калибровке и др.).

Промышленность выпускает различ­ные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальто­вый, вольфрамовый, молибденовый, тита­новый и др. Способы получения порошков условно разделяют на механические и фи­зико-химические.

Наибольшее практическое применение имеет способ механического измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.д.). Измельчение проводят в механических мельницах.

Промышленностью также освоена тех­нология получения порошков путем раз­дува жидкого металла струей газа или жидкости. Наиболее простым и экономич­ным является способ раздува жидкого ме­талла струей воды под определенным дав­лением.

При применении механических спосо­бов исходный продукт измельчают без изменения химического состава.

К физико-химическим способам отно­сят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исход­ного сырья или его состояния в результате химического или физического (но не ме­ханического) воздействия на исходный продукт. (например электролиз).

Возможность использования дешевого сырья, руды, окалины, оксидов делает этот способ экономичным. Например, половину всего порошка железа получают восстановлением из руды.

Физические свойства порошков ха­рактеризуются размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, состояни­ем кристаллической решетки, а техноло­гические свойства - насыпной массой, текучестью, прессуемостью и спекаемостью порошка.

Насыпная масса - масса единицы объ­ема свободно насыпанного порошка. Она зависит главным образом от формы и раз­меров частиц.

Текучесть - способность порошка за­полнять форму. Текучесть ухудшается с уменьшением размеров частиц порошка и повышением влажности.

Прессуемость характеризуется спо­собностью порошка уплотняться под дей­ствием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Прессуемость порошка зависит от пла­стичности материала частиц, их размеров и формы и повышается с введением в его состав поверхностно-активных веществ.

Под спекаемостью понимают проч­ность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

11. Изделия, получаемые из порошковых материалов.

12. Приготовление смесей и формообразование заготовок. (холодное прессование, изостатическое, прокатка).

Процесс приготовления смеси включа­ет предварительный отжиг, сортировку порошка по размерам частиц и смешение.

Предварительный отжиг порошка способ­ствует восстановлению оксидов и снимает наклеп, возникающий при механическом измельчении исходного материала.

Отжигу подвергают обычно порошки, полученные механическим измельчением, электролизом. Отжиг проводят 0,5-0,6 температуры плавления в защитной или восстановительной атмосфере.

Порошки с размерами частиц 50 мкм и больше разделяют по группам рассеива­нием на ситах, а более мелкие порошки - воздушной сепарацией.

В металлические порошки вводят технологические присад­ки различного назначения: пластификато­ры (парафин, стеарин, олеиновую кислоту и др.), облегчающие процесс прессования и получения заготовок высокого качества; легкоплавкие материалы, улучшающие процесс спекания; различные летучие ве­щества для получения деталей с заданной пористостью. Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мель­ницах и других смешивающих устройст­вах.

Заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой и др.

1 – пуансон; 2- матрица; 3 – приготовленный порошок;

При холодном прессовании в пресс-форму засыпают опреде­ленное количество приготовленного по­рошка и прессуют пуансоном. В про­цессе прессования увеличивается контакт между частицами, уменьшается пористость, деформируются или разрушаются отдельные частицы. Прочность получае­мой заготовки обеспечивается силами механического сцепления частиц порошка, электростатическими силами притяжения и трения. С увеличением давления прессо­вания прочность заготовки возрастает. Давление распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния сил трения порошка о стенки пресс-формы, вследствие чего заготовки получаются с различными прочностью и пористостью по высоте.

При горячем прессовании технологи­чески совмещаются процессы формообразования и спекания заготовки. Температу­ра горячего прессования составляет обыч­но 0,6...0,8 температуры плавления по­рошка для однокомпонентной системы, или ниже температуры плавления матрич­ного материала композиции, в состав ко­торой входят несколько компонентов. Благодаря нагреву процесс уплотнения протекает гораздо интенсивнее, чем при обычном прессовании.

Изостатическое (всестороннее) фор­мование. Отсутст­вие потерь на внешнее трение и равно­мерность давления со всех сторон дают возможность получать необходимую плотность заготовок при давлениях, зна­чительно меньших, чем при прессовании в закрытых пресс-формах.

а) Гидростатическое   прессование.  применяют для  получения  металлокерамических   заготовок,   к   которым не предъявляют высоких требований по точности.

Схема гидростатического формования 1 – сосуд высокого давления; 2 – эластичная оболочка; 3 – порошок;

б) Формование с помощью толстостен­ной эластичной оболочки, вставленной в стальную пресс-форму, с целью получения крупногабаритных заготовок типа труб.

в) Горячее формование, позволяет технологически совместить процессы формообразования и спекания.

Прокатка – наиболее производительный и перспективный способ переработки порошковых материалов.

Схема прокатки порошков

1 –бункер; 2 – порошок; 3 – валки; 4 – лента

Применяя бункера с перегородкой (рис. б), изготовляют ленты из раз­ных материалов (двуслойные).

Выдавливанием изготовляют прутки, трубы и  профили  различного  сечения.   Процесс  получения  заготовок заключается в выдавливании порошка через комбинированное отверстие пресс-формы.