Програма підготовки до виконання роботи

1. Вивчити теоретичний матеріал за даним посібником та приведеними нижче літе­ратурними джерелами.

2. Зарисувати схему електролізера для виробництва алюмінію і описати яким чином в ньому відбувається електроліз глинозему.

Список літературних джерел

1. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. и др. М.: Металлургия, 1987. - С. 63 – 69; 71 – 75; 76 – 79.

2. Металловедение и технология металлов: Учебник для вузов /Солнцев Ю.П., Веселов В.А., Демянцевич В.П. и др. М.: Металлургия. 1988. - С. 39 – 44; 45 – 49.

3. Атаманюк В.В. Технологія конструкційних матеріалів: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів. – Київ: Кондор, 2006. ­- С. 56 – 66.

Завдання й методичні вказівки

Завдання 1. Вивчити теоретичні основи технології виробництва титану.

Розглянути і записати в зошит:

а) які матеріали є сировиною для виробництва титану?

б) в чому суть добування губчастого титану;

в) як одержують титан високої чистоти.

Завдання 2. Вивчити теоретичні основи технології виробництва цинку.

Зарисувати схему технологічної системи виробництва цинку та описати суть процесів, що відбуваються у кожному з 9 елементів.

Контрольні запитання

1. Охарактеризувати вихідні матеріали для виробництва титану.

2. Які основні властивості титану ви знаєте?

3. Охарактеризуйте технологію виробництва титану.

4. Охарактеризувати суть виробництва алюмінію (згідно з схемою технологічної системи приведеною на рис. 5.1).

Лабораторна робота № 6 основи технології порошкової металургії

Мета: Вивчити теоретичні основи отримання виробів за допомогою порошкової металургії.

Теоретичні відомості

Суть і значення порошкової металургії. Важливим напрямком розвитку промислового виробництва є вдосконалення існуючих і розроблення нових маловідходних, матеріало- та ресурсозберігаючих виробничих процесів. До таких належать технологічні процеси порошкової металургії.

Порошкова металургія одна з наймолодших галузей сучасної техніки і в той же час прадавній спосіб виробництва металів та виробів з них. Ще до нашої ери порошки золота, міді і бронзи використовували у декоративних цілях при виготовленні прикрас, посуду та ін.

Сучасна порошкова металургія – галузь техніки, яка включає виготовлення порошків з металів та їх сплавів і методи отримання з них заготовок і виробів без розплавлення основного компонента (металу).

Методами порошкової металургії можна створювати матеріали з різних компонентів, які суттєво різняться за своїми властивостями, а також нові конструкційні матеріали (металокераміку) з різноманітним комплексом фізико-механічних властивостей, а на їх основі – нові вироби. її технології є ефективними і перспективними, успішно конкуруючи з технологіями лиття, обробки тиском, різання та іншими методами обробки металів. Підвищення продуктивності праці, значну економію ресурсів і коштів отримують за рахунок досягнення високої міцності виробів, раціонального використання метала, зниження його витрат, підвищення якості виробів та ін. Виробництво порошкових виробів зосереджено, як правило, на одному підприємстві, не вимагає великого парку верстатів і наявності робітників високої кваліфікації.

Порошкова металургія набула широкого розвитку в розвинутих країнах. Вона забезпечує машинобудівну промисловість конструкційними, фрикційними й антифрикційними матеріалами; електротехнічну й електронну – магнітами, катодами, резисторами; інструментальну та добувну промисловість – твердими та надтвердими сплавами; авіаційну та космічну техніку, атомну енергетику – жаростійкими та надміцними матеріалами; хімічну та металургійну промисловості – хімічно- та термічностійкими матеріалами, каталізаторами, вогнетривами. Автомобілебудування використовує до 70 % продукції порошкової металургії.

В Україні методи порошкової металургії знайшли застосування в таких виробництвах:

• металообробці взамін технологій обробки різанням з досягненням значного зниження (у 3—5 разів) показників витрат металів, працевитрат, собівартості виробів і підвищення у 1,5—2 рази продуктивності праці;

• матеріалів на основі залізного порошку взамін лиття кольорових металів;

• інструментальних високостійких, високоміцних матеріалів;

• фрикційних матеріалів для гальмових систем авіаційного, залізничного, автомобільного транспорту, машин і механізмів різного призначення;

• антифрикційних матеріалів для підшипників різного призначення;

• високопористих матеріалів для фільтрів очистки рідин;

• жароміцних, жаростійких і стійких до агресивних середовищ матеріалів;

• магнітних матеріалів (для постійних магнітів, феритів, магнітоелектриків та ін.);

Широке застосування технологій порошкової металургії в умовах масового виробництва сприятиме підвищенню ефективності народного господарства.

Способи отримання металевих порошків. Методи виготовлення металевих порошків залежно від їх властивостей і вартості отримання поділяють умовно на механічні, фізико-хімічні і комбіновані.

Механічні методи (подрібнення і помел, розпилення, гранулювання) — при їх застосуванні змінюють форму і розміри частинок матеріалу, не міняючи структуру і хімічний склад.

Подрібнення застосовують при виробництві порошків крихких металів та сплавів (берилію, сурми, хрому, марганцю, феросплавів та ін.) і здійснюють у дробарках (шнекових, валкових, конусних) та бігунах. Внаслідок подрібнення отримують частинки металів розміром 1 … 10 мм, які потім мелють у млинах (кульових, вихрових, вібраційних, молоткових та ін.) механічними методами подрібнення.

Кульовий млин (рис. 6.1) складається з сталевого барабану і, в який загружають розмелювальні кулі 2 (стальні, чавунні або твердосплавні) і подрібнені частинки металу, що розмелюють.

Кулі при обертанні барабана підіймаються у напрямку обертання, а потім падають донизу і подрібнюють матеріал до стану порошку.

Вихровий млин (рис. 6.2) складається з захисного кожуха 1, в якому обертаються в протилежних напрямках пропелери 2 з частотою до 3000 об/мін.

Завантажені до бункера подрібнені частинки металу захоплюються повітряними потоками і подрібнюються на менш дрібні при співударянні частинок. Цим методом отримують частинки порошку розмірами 50...200 мкм. Процес має велику продуктивність і застосовується для виробництва тонких порошків з малопластичних матеріалів (твердих сплавів, оксидів металів та ін.).

Рис. 6.1Схема кульового млина Рис. 6.2. Схема вихрового млина

Для виробництва порошків найчастіше (з механічних способів) застосовують метод розпилення, суть якого – розпилення розплавленого струменю металу в середовищі повітря, інертних газів або при ударах лопатками диска, що обертається. Розпиленням отримують порошки чавуну, заліза, алюмінію, цинку, олова, свинцю, латуні, нікелю та інших металів.

Вадами механічних методів отримання металевих порошків є їхня забрудненість продуктами стирання подрібнюючих засобів (куль, пропелерів тощо), їх висока собівартість і порівняно невисока продуктивність.

При використанні методу грануляції розплавлений метал краплями виливають у рідину і отримують сферичні гранули металопорошків з розмірами 0,05...0,35 мм.

До фізико-хімічних методів отримання металевих порошків відносять відновлення, електроліз водневих розчинів солей металів або сплавів, термічну дисоціацію (розділення) карбональних сполук та ін. Найбільше використовують економний та високопродуктивний метод відновлення з оксидів для отримання порошків заліза, міді, титану, молібдену, вольфраму та ін.

Відновлення – це процес виведення неметалевої складової (кисню або інших елементів) за допомогою відновників газових (водень, доменний або коксовий газ) або твердих сполук (вуглець, магній).

Використання комбінованих методів (електроліз – розпилення, грануляція – розпилення та ін.) дозволяє отримувати якісні металеві порошки і досягти високої ефективності процесу.

Отримання виробів з металевих порошків. Основними способами отримання виробів з металевих порошків є формування заготівок та спікання і обробка порошкових виробів.

Формування – це процес отримання заготівки (виробу) заданої форми і розмірів в результаті ущільнення порошку.

Перед формуванням порошок піддають термообробці (відпалу) з метою підвищення пластичності та покращення здатності його до пресування або прокатування.

Заготовки формують із порошків методами пресування, прокатування і шлікерного лиття (лиття водною суспензією порошку).

Використовують такі види пресування порошків:

• в сталевій прес-формі (пуансон-поршень передає тиснення на порошок, що міститься в прес-формі і пресує його);

• мундштучне (отримання заготівок великої довжини і рівномірної щільності – прутків, стрічок, кутників, труб та ін. – з порошків вольфраму, що погано пресуються, торія, берилія тощо методом видавлювання порошка через отвір мундштука, що знаходиться в порожнині контейнера;

• ізостатичне (порошок, що знаходиться в електричній оболонці камери високого тиску, зазнає всебічного стиснення рідиною або газом), яке застосовують для отримання заготівок великих розмірів і складних конфігурацій;

• гаряче (поєднує процеси пресування і спікання заготівок, що дозволяє поліпшувати пластичність частинок порошку, тому застосовується при отриманні виробів з порошків, що погано деформуються;

• динамічне (з використанням імпульсних швидкіснодіючих навантажень, що утворюються в результаті застосування як джерела енергії вибуху стисненого газу, імпульсного магнітного поля та ін. Це дозволяє отримувати високощільні заготівки з металевих порошків, що важко формуються і порошків з керамічних та композитних матеріалів.

Прокатування порошків – спосіб безперервного формоутворення стрічкових і штабових заготовок обтисканням та витягуванням порошку в прокатних обертових валках. Цей процес може бути поєднаний із спіканням та остаточною обробкою отримуваних виробів, що забезпечує його високу продуктивність і можливість автоматизації.

Шлікерне лиття – спосіб отримання виробів складної конфігурації з внутрішніми порожнинами, які одержують при застосуванні водної суспензії (шлікеру) крихких і твердих порошків карбідів, нітридів, силіцидів та ін., залитих у пористу гіпсову або керамічну форму.