книги из ГПНТБ / Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении

Т а б л и ц а 39

Методы получения металлических порошков*

160

В порошковой металлургии сейчас применяется боль­ шое количество методов формования порошков в изде­ лия. Важнейшими из них являются: прессование в сталь­ ных пресс-формах, выдавливание (шприцевание), изостатическое прессование, прокатка, шликерное литье, вибрационное уплотнение, горячее прессование в вакуу­ ме, уплотнение в автоклавах и др.

Металлопорошки уплотняются в стальных прессформах механическими или гидравлическими прессами

порошка, что ведет к более плотной их укладке, упругой деформации, механическому сцеплению частиц.

Выдавливание, или шприцевание, заключается в том, что порошки смешиваются с пластификатором (парафи­ ном, воском и др.), после чего масса продавливается через соответствующее очко, которое придает заготовке определенную форму. Таким способом формируются плотные изделия типа труб, полос, стержней из порошков хрома, тугоплавких металлов, фасонные инструменталь­ ные изделия из твердых сплавов.

Изостатическое прессование порошков представляет собой прессование по всем трем координатным направ­ лениям, которое чаще всего выполняется гидравлическим давлением, создаваемым внутри цилиндра. Изостатиче­ ское прессование порошков позволяет получить однород­ ную структуру при равномерной усадке. Отличительная особенность гидростатического прессования по сравне­ нию с обычным прессованием в стальных пресс-фор­ мах ■— возможность формования из металлических поро­ шков брикетов различных конфигураций с высокой и равномерно распределенной плотностью, предназначен­ ных для изготовления различных полуфабрикатов (круп­ ных поковок, профилей, проволоки, труб, листов и т. д.).

Для гидростатического прессования характерна упругая деформация возврата после снятия нагрузки, тогда как формование с помощью взрыва, несомненно, дает высокую плотность и повышенную пластичность го­ товых деталей. Экспериментальные исследования по формованию взрывом порошков никеля, титана и ко­ бальта позволяют достичь плотности, составляющей 95—98% теоретической плотности. Советские ученые, ис­ пользуя сверхвысокое давление, изготовили железную

проволоку, обладающую прочностью при растяжении

700 кг/мм2.

При прокатке металлический порошок поступает из бункера между вращающимися валками. Полученные таким способом листы или ленты спекают в нагрева­ тельных печах. Этим методом можно сделать ленту и листы толщиной от 0,5 до 2 мм из порошков железа, ме­ ди, никеля, олова, свинца и других порошковых материа­ лов, обладающих большой твердостью и хрупкостью.

Для изготовления изделия шликерным литьем метал­ лический порошок смешивается с соответствующим пла­ стификатором, и эта суспензия выливается в пористые изложницы, где приобретает соответствующую форму. После подсушки заготовки извлекают из формы и спе­ кают до достижения заданной плотности. Преимущество шликерного литья заключается в получении плотных из­ делий из металлов в тех случаях, когда с помощью обычных методов плавления и литья достижение задан­ ных форм и размеров, а также улучшения физических свойств конечной продукции оказывается затрудни­ тельным.

Вибрационным уплотнением металлопорошков уда­ ется сделать изделия с плотностью до 93% теоретической плотности. Впоследствии их можно подвергать радиаль­ ной ковке или протяжке. Уплотнение металлопорошков горячим прессованием в вакууме широко применяется при производстве блоков и заготовок из бериллия. Уплотнение порошков в автоклаве происходит под дав­ лением газа при повышенных температурах.

Процесс спекания — важная технологическая опера­ ция в порошковой металлургии, в течение которой происходит дальнейшее уплотнение сформированного из­ делия, нагретого в электропечи до температуры, состав­ ляющей примерно 2/з абсолютной температуры плавле­ ния основного материала или наиболее легкоплавкого его компонента. При спекании идет восстановление окис­ лов на металлических частичках и образование прочного металлического контакта между частицами в результате диффузии, снятие внутренних напряжений и искажений

вкристаллической решетке, зарастание пор, имеющихся

внеспеченном брикете.

Спекание обычно происходит в вакууме или в защит­ ной атмосфере. В качестве защитных газов применяется

162

водород, эндотермический газ, генераторный газ либо крекированный аммиак. Состав атмосферы во время спекания имеет весьма существенное значение. Некон­ тролируемый состав среды может привести к большим потерям в виде брака и отходов и к снижению качества готовых изделий.

Использование эндотермического газа особенно вы­ годно с точки зрения регулирования содержания угле­ рода при производстве железографитовых металлокера­ мических материалов. Преимущество эндотермического газа — его низкая стоимость. Вместо водорода, по воз­ можности, всегда используют диссоциированный ам­ миак. Однако во многих случаях спекание ведут в водо­ роде, несмотря на его более высокую стоимость и обез­ углероживание брикетов на основе железного порошка.

Спекание в вакууме металлических порошков позво­ ляет регулировать размеры зерна и чистоту получаемо­ го продукта, уменьшать потери на скрап (обрезка слит­ ка и удаление окалины), особенно при использовании дорогих материалов. Иногда для улучшения качества изделия, полученного из порошковых материалов, его подвергают дополнительной обработке: калиброванию, горячей допрессовке, термической и химико-термической обработке, декоративным и защитным покрытиям.

Современная номенклатура материалов, вырабаты­ ваемых методом порошковой металлургии, весьма раз­ нообразна. В зависимости от назначения они делятся на пористые, фрикционные, тугоплавкие и твердые, жаро­ прочные, магнитные, электроконтактные и конструк­ ционные.

Пористые материалы находят широкое применение при перекачивании газов и жидкостей с большим пере­ падом температур, при испарительном охлаждении и в качестве конструкционных пористых деталей, сочетаю­ щих небольшой вес с высокой коррозионной стойкостью.

Путем изменения режима прессования и спекания из порошковых материалов можно получить изделия с раз­ личной степенью пористости: в общем объеме изделия объем пор достигает 80%'. В последние годы пористые сплавы с успехом используются для подшипников сколь­ жения машин как антифрикционные материалы.

Свойства антифрикционных металлокерамических материалов, выпускаемых в СССР, приведены в табл, 40.

Т а б л и ц а 40

Характерные свойства антифрикционных материалов, выпускаемых в СССР

Фрикционные материалы с большим успехом исполь­ зуются в тормозных узлах и механизмах сцепления до­ рожных и сельскохозяйственных машин и в других агре­ гатах.

Металлокерамические сплавы нашли широкое ис­ пользование в инструментальном производстве. Изделия из них очень тверды и прочны, теплопроводны и стойки при резании. Основу металлокерамических жаропрочных сплавов составляют тугоплавкие соединения (карбиды, бориды, нитриды, силициды). Жаростойкостью обла­ дают только те материалы, которые способны к образо­ ванию окисной пленки для защиты материала от даль­ нейшего окисления. Бориды и силициды отличаются жаростойкостью от других тугоплавких соединений, они могут работать длительное время без существенного окисления при температуре выше 1000 °С.

Жаропрочные сплавы на основе тугоплавких соеди­ нений находят применение для изготовления деталей лопаток турбин, сопел реактивных двигателей и др.

Большие успехи достигнуты в выпуске металлокера­ мических магнитных сплавов. Магнитомягкие материа­ лы (чистое карбональное железо, пермендюр, ферриты и электролитическое железо) экономически выгодно полу­

164

чать непосредственно из шихты путем прессования и по­ следующего спекания изделия необходимой формы. По­ стоянные магниты делают из сплавов на основе железа и размолотой алюминиевой лигатуры. Магнитодиэлектрики представляют собой сочетание магнитных и изоля­ ционных материалов. Они находят широкое применение в радиотехнике и электронике (сердечники контурных катушек индуктивности, дроссели и другие детали).

Рациональное использование металлокерамических изделий позволит сэкономить значительные материаль­ ные и трудовые ресурсы и снизить себестоимость про­ дукции. Сказанное подтверждается многочисленными данными. Так, если из металлокерамики делать только втулки шестерен, то в машиностроении сэкономится бо­ лее 53 тыс. т металлопроката.

Высокая технико-экономическая эффективность тех­ нологии порошковой металлургии вызывает непрерыв­ ный рост объемов производства металлокерамических деталей в автомобилестроении. Это можно проиллюстри­ ровать показателями, приведенными в табл. 41. В про­ изводстве автомобилей уже сейчас применяется более 70 наименований деталей, сделанных из металлических порошков.

В результате внедрения порошковой металлургии для выпуска подшипников скольжения электродвигате­ лей и стартеров генераторов на Калужском заводе авто­ мотоэлектрооборудования себестоимость их снизилась на 3 тыс. руб. На Горьковском автозаводе из металличе­ ских порошков делают шестерни масляного насоса, втулки траверзов лебедки и эксцентрик опорного паль­ ца колодки тормоза. Экономия на тонне металлокерами-

Т а б л и ц а 41

Темпы роста потребления металлокерамических изделий в производстве автомобилей

165

особенно выгодно в сельскохозяйственных, транспорт­ ных и дорожных машинах, на смазку которых расходу­ ется много времени и ее трудно защитить от абразивной среды.

Учитывая эти преимущества, объединение «Союзсельхозтехника» приняло решение о выпуске опытной партии тракторных плугов с колесами на металлокера­ мических втулках, что позволяет снизить их себестои­ мость по сравнению с подшипниками качения на 54% и одновременно увеличить срок их службы.

В настоящее время из порошковых материалов дела­ ют подшипники скольжения для сенокосилок, зерновых комбайнов, соломорезок и других сельхозмашин. Практика показывает, что при изготовлении этих дета­ лей из порошковых сплавов металла расходуется в 8 раз меньше, чем при изготовлении их другими методами. Если металлокерамику применять для уплотнительного кольца трактора «ДТ-54», то себестоимость этого из­ делия снизится за счет материала и трудоемкости на 43%.

Металлокерамические материалы, используемые для накладок муфт сцепления грузовых автомобилей, трак­ торов и сельхозмашин, обладают высокой износоустой­ чивостью. При испытании в полевых условиях фирмой «Интернационал» муфты сцепления гусеничных тракто­ ров с металлокерамическими накладками проработали более 4000 час. Пробег грузовых автомобилей с муфта­ ми, облицованными металлокерамическими накладками,

бронзы. Себестоимость тонны деталей, выпущенных ме­ тодом порошковой металлургии, снижена до 691 руб. Только за 1969 г. здесь получено свыше 240 тыс. руб. прибыли.

Выше уже отмечалось, что методом порошковой металлургии делают самые различные детали. Перспек­

167

сравнению с другими способами изготовления деталей и материалов, а также создания новых материалов и техно­ логических процессов. Чтобы добиться наибольшей эко­ номической эффективности выпуска металлокерами­ ческих деталей, необходимо провести следующие орга­ низационно-технические мероприятия:

организовать крупные специализированные произ­ водства и расширить номенклатуру выпуска как самих металлокерамических порошков, так и изделий из них, повысить качество и снизить себестоимость металлопо­ рошков;

создать высококачественное прессовое и печное обо­ рудование;

подготовить единые технические условия на выработ­ ку металлокерамических порошков, массовые изделия из них и ввести эти показатели в стандарты;

внедрить прогрессивные технологические методы как при выпуске металлокерамических порошков, так и го­ товых изделий из них. Продолжать работы по созданию автоматических линий для производства деталей из ме­ таллокерамики;

внедрить анатикоррозийные покрытия на металлоке­ рамических деталях путем химико-термической обработ­ ки и других наиболее рациональных технологических приемов;

совершенствовать методы контроля качества метал­ локерамических порошков и изделий порошковой метал­ лургии;

увеличить подготовку высококвалифицированных кадров по порошковой металлургии в вузах и средних специальных учебных заведениях;

укрепить материально-техническую базу для науч­ ных исследований в области порошковой металлургии путем создания специальных конструкторских бюро с опытно-промышленным производством;

расширить сферу применения порошковой металлур­ гии в машиностроении, особенно в области создания материалов и технологии изготовления гильз цилиндров двигателя, поршневых колец, шестерен коробок переме­ ны передач, сателитов, высоконагруженных подшипни­ ков и других конструкционных деталей;

168