Практична робота № 1 Структура, властивості й призначення порошкових сталей
Ціль роботи:
Ознайомиться з технологією виготовлення порошкових матеріалів на
основі заліза, маркуванням, структурою, властивостями й областю їхнього застосування.
Основні відомості
Порошкова металургія- це область техніки, що охоплює сукупність методів виготовлення металевих порошків і металлоподобных з'єднань, напівфабрикатів і виробів з них або їхніх сумішей з неметалллическими порошками без розплавлювання основного компонента.
Швидкий розвиток порошкової металургії створило передумови для розробки широкого класу сплавів, які використаються як замінники
традиційних литих і кутих сталей і сплавів, так і як матеріали із властивостями, які не можуть бути отримані при використанні інших технологічних процесів. Переваги порошкової металургії в порівнянні з іншими методами виготовлення деталей машин і приладів полягають у наступному:
- одержання виробів, які неможливо виготовити ніякими іншими методами (фільтри, пористі підшипники, контакти із псевдосплавов на основі тугоплавких металів і ін.);
- більша економія металів, тому що можна використати для одержання порошків відходи (наприклад, стружку, окалину) і одержувати вироби без подальшої механічної обробки (втулки, шестірні, кулачки й ін.), що приводить до значного зниження собівартості матеріалів і готової
продукції.
- поряд з перевагами порошкова металургія має ряд недоліків: дороге оснащення (економічно вигідне при серійному й крупносерийном виробництві), нестабільність властивостей, труднощі виготовлення великогабаритних і складних за формою виробів.
Основними технологічними операціями виготовлення порошкових виробів є:
1) готування порошкової шихти заданого хімічного й гранулометрического складів;
2) формование (пресування) заготівель;
3) спікання спресованих заготівель із метою додання їм необхідної міцності й фізико-механічних властивостей;
4) додаткова обробка залежно від призначення виробів і пропонованих до них вимог (механічна, термічна ін.).
Порошки металів і неметалів є основними вихідними матеріалами для виготовлення порошкових виробів. Промисловістю випускаються металеві порошки: залізний, мідний, нікелевий, кульгаво
вый, кобальтовий, вольфрамовий, молібденовий, титановий і інші. Існують різні методи одержання металевих порошків: механічним роздрібненням (помелом), розпиленням металів, відновленням окалини або чистих окислів, карбонільний, електролізний і інші. Залежно від хімічної природи металу й способу одержання частки порошку можуть мати різну форму: сферичну, каплеподібну, губчату, тарілчасту й інші.
Пресування
Пресування (формование) металевих порошків і їхніх сумішей -операція, при якій із сипучого порошку виходять відносно міцні напівфабрикати або заготівлі, що мають форму й розміри готових виробів з урахуванням зміни розмірів при спіканні, а також припусків, пов'язаних з якою-небудь необхідною обробкою.
Серед методів формования порошкових напівфабрикатів і заготівель однократне, багаторазове, гаряче, динамічне, гідростатичне, вибухове й ін.) - найбільше поширення одержав метод холодного пресування в закритих прес-формах. Цей метод є найбільш простим і легко піддається автоматизації.
Складається він у засипанні шихти в прес-форму, пресуванні, нетривалій витримці під тиском і виштовхуванні прессовок із прес-форми. Для одержання досить міцних заготівель при холодному пресуванні застосовуються значні тиски, які залежно від заданої пористості й властивостей порошкової шихти можуть коливатися від 600
Мпа до 1000 Мпа.
Заготівлі, отримані після пресування, як правило, мають пористість 15-25 %, мають низькі механічні властивості. Висота прессовки звичайно буває в 3-5 разів менше в порівнянні з висотою засипаного в матрицю порошку, що приводить до деформаційної анізотропії властивостей прессовок (механічних, форми й розміру пор, проникності).Пресування в закритих прес-формах може бути однобічним і двостороннім. Однобічне застосовується при виготовленні виробів простої форми, у яких відношення довжини або висоти до діаметра або товщини не перевищує трьох.
Спікання
Холодне пресування не забезпечує механічної міцності прессовок. Для підвищення механічних властивостей і додання порошковим заготівлям необхідних фізико-механічних властивостей заготівлі піддають спіканню. Спікання роблять при температурі 0,7 - 0,9 від абсолютної температури плавлення металу основного компонента в багатокомпонентній порошковій суміші. Спікання будь-якої системи складається з нагрівання виробів до заданої температури, ізотермічної витримки при цій температурі й охолодженні до кімнатної температури. Одним з характерних проявів процесу спікання є зменшення розмірів - "усадка" виробу.
Спікання порошкових заготівель виробляється у відбудовних або нейтральних атмосферах (вакуумі, водні, конвертованому газі й ін.). Тривалість витримки при температурі спікання залежно від складу шихти може бути до декількох годин (таблиця 1).
Таблиця 1 - Режими виготовлення конструкційних порошкових матеріалів
Порошковий матеріал
|
Тиск пресування, Мпа
|
Режим спікання |
||
температура, °С |
тривалість витримки, хв. |
захисне середовище при спіканні |
||
Залізографіт, 0,5 – 2 % С
|
600 - 800
|
1050 – 1150
|
60 - 180
|
Конверто- ваний газ, эндогаз і ін.
|
Залізографіт, легований міддю, нікелем, хромом, 0,5-1,5 % С
|
700 - 900
|
1150 –1200
|
60 - 180
|
Конверто- ваний газ, водень, дисоційний аміак |
При спіканні порошкових матеріалів відбувається видалення газів і адсорбованих на поверхні часток, сублімація різних домішок, зняття залишкових напруг на контактних ділянках між частками й у
самих частках, відновлення оксидних плівок, розчинення або коагуляція, перебудова поверхневого шару в результаті дифузії й переносу металу у вигляді пари з одних місць в інші, рекристалізація й ін.У процесі спікання за рахунок якісної й кількісної зміни контактів, пов'язаних з великою рухливістю атомів при підвищених температурах, збільшується поверхня зчеплення часток, підвищується
щільність і міцність виробів, досягаються необхідні фізико-хімічні властивості. У результаті спікання межа міцності при розтяганні железографита збільшується від 100 Мпа до 300 Мпа залежно від матеріалу, режимів, пористості), твердість збільшується від 60 НВ до 100НВ (таблиця 2).
Таблиця 2 - Фізико-механічні властивості порошкових конструкційних матеріалів загального призначення без термічної обробки
Марка матеріалу
|
Межа міцності при розтяганні δВ , МПа не меньше |
Відносне подовження після розриву, δ,%, не меньше
|
Ударна в'язкість, КСV, кДж/м2, не меньше
|
Твердість, НВ
|
СП10-1
|
100 |
6 |
200 |
50-70 |
СП10-2
|
120 |
8 |
350 |
70-80 |
СП10-3 |
150
|
12 |
500 |
80-90 |
СП10-4 |
250 |
18 |
700 |
90-130 |
СП30-1 |
120 |
6 |
200 |
50-70 |
СП30-2 |
160 |
8 |
350 |
70-80 |
СП30-3 |
200 |
12 |
500 |
80-90 |
СП30-4 |
250 |
18 |
700 |
90-130 |
СП70-1 |
120 |
5 |
150 |
50-70 |
СП70-2 |
200 |
8 |
300 |
70-90 |
СП70-3 |
280 |
10 |
400 |
90-110 |
СП70-4 |
350 |
15 |
600 |
110-150 |
СП30Д3-2 |
220 |
4 |
300 |
70-90 |
СП30Д3-3 |
280 |
6 |
400 |
90-100 |
СП30Д3-4 |
360 |
10 |
600 |
100-140 |
СП30Д3П-2 |
300
|
3 |
200 |
90-110 |
СП30Д3П-3 |
360
|
4 |
300 |
110-130 |
СП30Д3П-4 |
450 |
6 |
400 |
130-180
|