9. Основы порошковой металлургии

За последние годы в технике все более широкое применение получают изделия, изготавливаемые из металлических порошков или из различных порошковых смесей, в состав которых входят металлы и неметаллы. Такие изделия называют металлокерамическими по сходству метода изготовления с применяемым в керамическом производстве и заключающемся в спекании отдельных зерен порошка.

Отрасль техники, занимающаяся производством порошков и превращением их в изделия, носит название порошковой металлургии.

Истоки порошковой металлургии теряются в глубокой древности и в тоже время этот метод очень совершенен и применяется при получении материалов для самых совершенных машин.

Порошковой металлургией называется область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.

Сущность метода порошковой металлургии заключается в применении в качестве исходного сырья порошков металлов, которые прессуют или формуют в изделия заданных размеров, а затем подвергат термической обработке (спеканию) при температуре ниже температуры плавления основного компонента. В условиях массового производства этод метод отличается высокой производительностью и экономичностю, так как дает возможность получать изделия высокой размерности точности, что позволяет сократить расход металла и повысить производительность труда.

Продукция порошковой металлургии нашла применение во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, энергомашиностроении, радиотехнической, атомной и т.д.

Методы порошковой металлургии обладают рядом преимуществ перед обычными металлургическими, важнейшим из них является возможность производства изделий:

1.Из тугоплавких металлов и их соединений;

2.Из материалов, не образующих сплавов друг с другом, таких как медь с графитом, металлов с асбестом и др;

3.Пористых с различной плотностью;

4.Однородных по составу, без признаков ликвации;

5.С размерами, соответствующими второму классу точности изготовления, и поэтому не нуждающиеся в дополнительной механической обработке;

6.С меньшим расходом материалов благодаря отсутствию отходов и почти полным отсутствием затрат на дополнительную обработку.

Недостатками, препятствующими внедрению, этого метода являются:

1.Дороговизна прессформ, делающая экономически целесообразным лишь массовое производство однотипных изделий;

2. Дороговизна порошков;

3. Ограниченность размеров изделий, хотя в отдельных случаях вес изделий, изготовленных из порошков, доходит до 500 кг.

Технология изготовления порошковых материалов и изделий состоит из следующих операций:

- получение металлических порошков восстановлением их из окислов и других соединений или измельчением исходного материала в мельницах;

- составление смеси заданного состава (приготовление шихты), очистки порошков от примесей, классификация по размеру частиц, смешивание;

- холодное прессование смеси порошков в стальных прессформах на механических или гидравлических прессах при давлении 0,1-1 Па;

- спекание полученных спрессованных заготовок или изделий в защитной атмосфере или в вакууме при температуре несколько ниже температуры плавления материала или его наиболее легкоплавкого компонента для придания им необходимых физико-механических свойств.

Существующие методы получения порошков подразделяют на механические (1) и физико-химические (2):

1. Дробление и размол в различных мельницах, распыление струи расплавленного металла вращающимися лопастями или струей сжатого газа, грануляция расплавленного металла при литье в жидкость, обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки.

2. Восстановление оксидов и других соединений, электролиз, диссоциация корбонилов при нагреве, межкристаллитная коррозия.

Формование порошков – это придание порошковому материалу формы, размеров, плотности и прочности, необходимых для выполнения последующих операций изготовления изделия:

- прессование в стальных прессформах;

- шприцевание;

- гидростатическое или газостатическое прессование;

- прокатка порошков – процесс заключается в прокатке порошков между горизонтально расположенными валками.

Спекание – это термическая операция, в которой сформованное тем или иным способом изделие подвергается нагреву, до температуры, составляющей 2/3 Тпл материала или легкоплавкого компонента. Спекание многокомпанентных смесей может осуществляться как в твёрдой фазе (твёрдофазное спекание), так и в присутствии жидкой фазы (жидкофазное спекание).

Дополнительные операции: регулирование структуры (термообработка) и калибровка.

Современная номенклатура металлокерамических изделий очень разнообразна и охватывает большое количество различных наименований: пористые материалы (подшипники скольжения, фильтры), фрикционные материалы (диски сцепления, тормозные накладки), электротехнические изделия (контакты для сварки, электрощетки), инструментальные материалы (твердые сплавы ВК, ТК, ТТК, штампы), детали машин и агрегатов (шестерни, втулки, корпуса насосов, шаровые направляющие, кольца синхронизаторов) и др.

Кроме вышеперечисленных металлокерамических сплавов, изготовляются и применяются жаропрочные сплавы, конструкционные, тугоплавкие, сплавы с особыми свойствами (вакуумноплотные, «тяжёлые» сплавы), пеноматериалы.