Л1 – ПМ. ВВЕДЕНИЕ

Порошковая металлургия – это 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.

ПМ успешно конкурирует с литьем, ОМД, резанием и другими методами дополняя и заменяя их.

Основоположниками ПМ являются Петр Григорьевич Соболевский и Василий Васильевич Любарский, которые 26 мая 1826 года изготовили первые промышленные изделия, применив прессование и спекание платинового порошка.

Основным направлением развития ПМ в настоящее время является преодоление трудностей, связанных с осуществлением процессов литья тугоплавких металлов (W, Mo, Ta), с возможностями производства спеченных материалов и изделий со специфическими свойствами недостижимыми другими технологическими способами (литье + мех. обработка), типа Псевдосплавов (W-Cu, W-Ag), твердых сплавов на основе карбидов, пористых подшипников, фильтров и т.д.

Методами ПМ изготавливать некоторые типы изделий (детали авто, фасонные изделия, калибры) из обычных материалов и с достижением обычных свойств, но с более высокими ТЭП. Основные преимущества:

• снижение затрат на основные и вспомогательные материалы;

• улучшение эксплуатационных свойств изделий;

• значительная экономия металла в результате полного или частичного исключения механической обработки;

• возможность получения сплавов с заданными свойствами и структурой;

• возможность получения материалов, получить которые другими способами невозможно;

• уменьшение количество технологических операций;

• уменьшение количества персонала и увеличение производительности труда.

1. Методы получения порошков

Различают физико-химические и физико-механические методы.

Физико-механические методы.

1. Измельчение в твердом состоянии.

Довольно распространенный метод в ПМ. Практически этим методом можно превратить в порошок любой металл.

Под измельчением понимают уменьшение начального размера частиц металла путем разрушения внешних усилий, преодолевающих силы сцепления. Измельчение дроблением, размолом или истиранием – старейший способ перевода частиц в порошкообразное состояние. Он может быть как самостоятельным способом получения металлических порошков, или дополнительной операцией при других способах их изготовления.

Способ применяют при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как Be, Si, Sb, Cr, Mn, ферросплавы, сплавы Al-Mg. Размол вязких пластичных материалов затруднен, т.к. они в большей степени расплющиваются, а не разрушаются.

В качестве сырья используют стружковые и другие отходы, образующиеся при обработке металлов.

Виды механического измельчения:

– обработка металлов резанием (редко)

• измельчение в шаровых вращающихся мельницах

• измельчение в шаровых вибрационных мельницах

• измельчение в планетарных центробежных мельницах

• измельчение в гироскопических мельницах

• измельчение ультразвуком.

2. Диспергирование расплавов

Недостатки литых сплавов – ликвационная и химическая неоднородность, круглые и неравномерные по размеру зерна, контрастный фазовый состав, обусловленный выделением тугоплавких составляющих по границам растущих дендритных зерен, рассеянная мегадендритная микропористость.

Распыленные порошки лишены этих недостатков.

Расплав перегревают с обеспечением высокой степени его однородности на атомарном уровне за счет полного разрушения наследственной структуры твердого состояния и интенсивного перемешивания, а дисперсные частицы кристаллизуются с очень высокими скоростями охлаждения вплоть до нескольких десятков миллионов градусов в секунду.

Классификация по трем признакам

1 – вид энергии, используемой для создания расплава

• электродуга

• плазма

• лазерный нагрев

• электронный нагрев

• индукционный нагрев

2 – вид силового воздействия на расплав при диспергировании

• силы гравитации

• энергия газовых и водяных струй

• центробежные силы

• энергия газов и паров, выделяющихся из расплава

• силы механического воздействия

• магнитогидродинамические силы

• воздействие ультразвука

3 – среда реализации процесса плавления и диспергирования

• окислительная

• восстановительная

• инертная

• реакционная среда заданного состава

• вакуум.

3. Центробежное распыление. Этот процесс основан на выдавливании расплава из быстро вращающегося контейнера или отрыве капель расплава от вращающегося диска. Средний размер получаемых частиц обычно 150-200 мкм. Специальные методы центробежного распыления - бестигельное расплавление вращающегося с высокой скоростью слитка (несколько тысяч оборотов в минуту) и отрыв капель расплава позволяют получать мелкие сферические порошки. Такой метод позволяет получать порошки металлов, имеющих очень высокую чистоту.

Физико-химические методы получения порошков.

Физико-химические методы – это такие технологические процессы, при использовании которых получение порошка связано с существенным изменением химического состава исходного материала в результате проходящих в нем глубоких физико-химических превращений. По сравнению с механическими физико-химические более универсальны, причем некоторые требования, предъявляемые к металлическим порошкам можно удовлетворять, только используя эти методы для получения.