18. Технология получения изделий методами порошковой металлургии

Для получения изделий, обладающих высокими и в ряде случаев уникальными свойствами, необходимы принципиально новые материалы. При создании таких материалов требуется специальное оборудование и новые технологии. Примером таких материалов могут служить полимерные композиционные материалы, изделия, полученные методами порошковой металлургии и др.

18.1 Порошковая металлургия- особый вид металлургического производства, обеспечивающего получение изделий таких видов и из таких материалов, которые практически невозможно изготовить другими методами. Исходным материалом для изделий служат порошки металлов и неметаллических материалов с размером частиц от нескольких МКМ до 0,1 мм.

Метод порошковой металлургии позволяет получать изделия как из обычных металлов и сплавов, так из сложных порошков металлов, сплавов и неметаллических материалов. Методом порошковой металлургии получают:

-антифрикционные изделия (подшипники скольжения, втулки), представляющих сложные смеси на основе порошков меди, бронзы, железа с добавками графита, окиси кремния, асбеста и др.);

-фрикционные изделия - накладки в тормозных системах тракторов, автомобилей и т.д.;

-фильтры из порошков меди, бронзы, нержавеющей стали и др.;

-щетки для коллекторных электродвигателей из смесей порошков меди, серебра с W, Мо,Ni- электрические контакты и другие изделия электротехнического и специального назначения;

-нити накаливания в электролампах из W;

-все изделия из так называемых инструментальных твердых сплавов (смеси карбидов W, Тiс Со илиNi) для обработки металлов резанием (пластины для резцов, фрез и др.), обработки давлением; фильеры для волочения проволоки; инструмента для бурения скважин и др.

Изготовление изделий методом порошковой металлургии имеют следующие преимущества перед другими:

-изделия получаются повышенной точности со специальными свойствами в зависимости от состава порошков;

-сокращается или полностью исключается механическая обработка изделий; т.е. снижается расход металла на изделие и общая трудоемкость изготовления; повышается коэффициент использования металла;

-возможно изготовление изделий из смеси металлических и неметаллических материалов;

-увеличивается долговечность и надежность изделий: пористых подшипников и деталей, работающих в агрессивных средах.

Экономически целесообразно применение порошковой металлургии только при больших масштабах производства изделий небольшого габарита (крупносерийное, массовое).

Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии включает в себя следующие этапы: производство металлических порошков (самостоятельное направление в порошковой металлургии; дозировка и перемешивания порошков - приготовление шихты; формообразование изделий из порошков; спекание; отдельные операции.

1. Применяют следующие способы производства металлических порошков, основанные на механических, металлургических электрохимических и др. способах.

Механическое измельчение материала.Является несовершенным из-за неравномерной величины частиц 10-500 мкм. Дробление производят в шаровых мельницах, а пластичных металлов - в мельницах вихревого размола.

Распыление жидкого металлав порошок струей воды, пара или воздуха.

Восстановлениеметалла из их окислов и солей и углеродом, водородом, газообразными углеродистыми или углеводородными соединениями. ПолучениеFе-порошка восстановлением его из железной окалины или руды природным газом дает возможность использовать в качестве сырья большое количество дешевой окалины, образующейся при прокатке и ковке стали.

Электролиз водных растворов и расплавов солей и комплексных соединений. Получают мелкие порошки многих металлов и сплавов: тонкие (массой 05-10 мг и ультратонкие (менее 0,5 мг).

2. Приготовление шихты состоит из очистки порошков от примесей, классификации, их дозировки и перемешивание. Качество подготовки шихты влияет на механические свойства готовых изделий.

3. Этап формообразования изделий из порошков требует применения инструментальной оснастки (штампы, матрицы, пуансоны и др.)

Наиболее широкое применение имеет холодное прессование.Прессование состоит из ряда операций: дозировка и засыпка шихты в пресс-форму, прессование, выпрессовка. В пресс-форму могут загружать брикеты из порошков строго по весу и затем производят прессование под давлением, зависящим от состава порошка и назначения изделия.

Горячее прессование в пресс-форме - изделие не только формуется, но может подвергаться спеканию (операции формообразования и спекания совпадают).

Мундштучное прессование. Заготовку (трубы, полосы, стержня ид р.) получают продавливанием порошка через отверстие соответствующее конфигурации и размерам заготовки, под действием усиления пресса. Форма изделий задается формой матрицы и может быть сколь угодно сложной.

Способ прокатки металлических порошков заключается в подаче в зазор между валками, при вращении которых происходит обжатие и вытяжка порошка в ленту или полосу определенной толщины. Этот метод применяется для производства тонких пластин из твердых сплавов, фрикционных полос и лент, тепловыделяющих элементов атомных реакторов и др. трудно получаемых при обычных способах изготовления изделий. Получают однослойные и многослойные пористые и беспористые ленты, полосы, прутки, проволоку диаметром от 0.25 до несколько миллиметров.

Напылением металлического порошка на соответствующую форму получают тонкие фасонные изделия.

4. Спекание - термическая операция с целью повышения прочности; твердости изделия из прессованного порошка при температурах 0.6-0.9 абсолютной температуры плавления основного компонента сплава. Технология спекания влияет на прочность и твердость изделий - время выдержки и температура процесса должны быть оптимальными. Спекания проводят в вакууме или защитной атмосфере из водорода, окиси азота с водородом (восстановительная атмосфера), в среде аргона, гелия.

5. При необходимости спеченные металлокерамические изделия подвергают отделочным операциям: калиброванию, обработке резанием, термической и химико-термической обработке, повторному прессованию.