2.2 Виготовлення заготівель і деталей приладів методами порошкової металургії

Порошкова металургія - процес виготовлення деталей з металевих порошків й їх сумішей з неметалевими матеріалами без розплавлення основного компонента. Деталі можна одержувати з чистих металів, сплавів і композицій металів з неметалами, які неможливо створити прийомами звичайної металургії внаслідок їх жаростійкості або нездатності сплавлятися.

Таблиця 2.5 - Стандартні марки металевих порошків для порошкової металургії

Назва порошку	Марка	Вміст домішок	Розміри частинок
Залізний	ПЖ-А1 ПЖ-А2 ПЖ-Б ПЖ-В	десяті долі % домішок С, Sі, Мn, S, Р	10 – 400 мкм
Кобальтовий	ПК-1 ПК-2	домішки Ni, Fe, Si, Cu, C	40 - 60 мкм
Вольфрамовий		1% С	50-100 мкм
Мідний	ПМ ПМА	0,02 Fе, Рb, Аs, Sb	25 - 80 мкм
Алюмінієвий	ПАП-1 ПАП-2 ПАП-3	1,2% Fe; 0,6% (Cu+Zn)	150 -180 мкм 100–400 мкм 50 - 150 мкм

Механічні властивості виробів з чистих металевих порошків близькі до властивостей литих деталей. В деяких випадках вдається підібрати режими пресування та спікання, які забезпечують підвищену міцність виробів.

Технологія виготовлення деталей за методом порошкової металургії. Основні технологічні властивості порошків:

- насипна маса;

- текучість;

- стискуваність.

Насипна маса - маса одиниці об'єму вільно насипаного порошку. При постійності насипної маси забезпечується стабільність усадки спікаємого матеріалу. Насипна маса залізних порошків 2,4-3,5 г/см³; мідних - 1,5-2,4 г/см₃; алюмінієвих - 0,7-0,8 г/см³.

Стискуваність - здатність порошку ущільнюватися, набувати і зберігати форму під впливом стискаючих зусиль. Для підвищення пресуємості і застосовують порошки з різною зернистістю.

Текучість - здатність порошку заповнювати форму. Зі зменшенням розмірів частинок порошку текучість погіршується.

Технологічний процес виготовлення деталей складається з приготування шихти, дозування, пресування, спікання, термообробки, калібрування, обробки різанням та нанесення гальванопокриття.

Приготування шихти. Очищені порошки (хімічним, механічним або магнітним способом) подрібнюють в кулькових машинах для вирівнювання зернистості і відпалюють в захисній або відновлюючій атмосфері з метою позбавлення від накипу. Частинки розділяють на фракції ситовим методом. При розмірі частинок <50 мкм застосовують повітряне розділення.

Порошки змішують у вібраційних або барабанних системах. При змішуванні порошків з різною насипною масою в шихту додають 1-2 % гліцерину. Для підвищення текучості суміші проводять грануляцію шихти, додаючи в неї 0,3-0,6 % пластифікатора (парафін, синтетичний каучук розчинений в бензині).

Дозування шихти. Шихту дозують по масі та об'ємі. В крупносерійному механізованому виробництві застосовують об'ємне дозування, при якому визначають насипний об'єм (в см³)

(2.4)

де  - густина шихти, г/см³ ; k - коефіцієнт втрат при пресуванні та спіканні (к=1,041,05); V_дет - об'єм готової деталі, см³; Р_дет - задана пористість деталі, %.

(2.5)

де С_і, - вміст компонентів суміші в долях одиниці; _і - густина компонентів, г/см³.

Пресування здійснюється на гідравлічних або кривошипних пресах з пресуючим та виштовхуючим плунжерами. Тиск пресування вибирають в межах 150-15000 кгс/см2.

Пресування може бути одно - та двобічним, а також складним.

Формуючі елементи прес - форм (матриці і пуасони) виготовляють з конструкційних хромнікелевих сталей по 7-10 квалітету точності.

При конструюванні деталей, що виготовляються порошковою металургією, необхідно слідувати таким правилам:

- деталі не повинні мати зовнішньої або внутрішньої різьби;

- деталі повинні мати плавні переходи від тонких перерізів до товстих;

- радіуси заокруглень повинні бути не менше 1мм;

- висота деталі не повинна перевищувати 3d.

Спікання. Температура спікання повинна складати 0,65-0,75 температури плавлення основного компонента металокерамічної суміші. Витримка при досягненні максимальної температури спікання 40-80 хв. При збільшенні витримки густина суттєво не підвищується. Процес спікання розділяють на три етапи:

- І етап - нагрівання до 150°С - виділення вологи;

- II етап - нагрівання до температури, яка на 20-25% менше температури спікання - усунення пружних напружень та активне зчеплення частинок;

- III етап - нагрівання до температури спікання в захисному або нейтральному середовищі - відновлення оксидних плівок та заключне зчеплення частинок.

Спікання здійснюють у водневих або вакуумних пічках безперервної дії, в яких для завантаження та розвантаження касет з деталями використовують шлюзові пристрої.

При спіканні металів з різною температурою плавлення пористу заготовку з тугоплавкого металу просякають рідким металом. Деталі, виготовлені методом просякання, не мають усадки.

Режими пресування та спікання наведені в нормативній документації.

Гаряче пресування. В дрібносерійному та серійному виробництві, коли допускається мала стійкість пресформ, доцільно використовувати гаряче пресування, суміщене зі спіканням, яке відбувається в 20-50 разів швидше, ніж при-холодному пресуванні. Гаряче пресування забезпечує високу густину виробів при більш низьких температурах та тисках.

При тисках до 150 кгс/см² та температурах до - 1500°С замість сталевих пресформ можна застосувати графітові, що виготовлені з графітових електродів або з дрібнозернистого графіту. Графітові пресформи нагрівають за допомогою індуктора, а також пропусканням через форму електричного струму.

Калібрування. Після пресування та спікання деталі мають 11-13-й квалітет точності розмірів. Калібруванням при тиску до 10000 кгс/см² можна підвищити точність до 8-10-го квалітету. Розміри калібрувальних форм відрізняються від номінальних розмірів деталі на величину пружної післядії.

Після калібрування виробу його можна обробляти різанням та наносити гальванопокриття.

Таблиця 2.6 - Способи пресування виробів та їх характеристики

Вид пресування і схеми	Характеристика	Вид деталі
	Густина заготовок по висоті нерівномірна	Плоскі деталі (шестерні, кулачки, контакти та ін.)
	Густина заготовок підвищена	Циліндричні та призматичні втулки з гладкою поверхнею
	Потрібне спеціальне пресове обладнання	Деталі з відношенням висоти до діаметра (або ширини) 1 : 3
	Забезпечується рівномірна густина заготовки	Деталі з нерівномірною товщиною стінок в напрямку пресування