Глава 7: получение изделий методами порошковой металлургии

В РДТТ имеется ряд деталей и узлов, которые получают мето­дами порошковой металлургии из тугоплавких металлов.

Известный металловед М.Ф. Бальшин как-то сказал: «Порошко­вая металлургия столь же древнее творение человека, как и египет­ские пирамиды, и, вместе с тем, она столь же современна, как и реактивный самолет».

Как метод порошковая металлургия существует примерно 170 лет. Основателем ее в России считается Петр Григорьевич Соболевский, который открыл возможность получения платины из порошков. Она относится к тем областям науки и техники, которые после своего возникновения часто оказывались забытыми и возрождались спус­тя много лет.

Этот метод сочетает в себе элементы металлургического производ­ства (порошки), машиностроительного (изделия) и керамического (спе­кание). Сначала эту отрасль называли металлокерамикой, хотя об этом как-то стали забывать. Интенсивное развитие порошковая металлургия получила в последние десятилетия. Но уже в 20-е годы были созданы твердые сплавы на основе карбида вольфрама, а в период второй миро­вой войны порошковая металлургия занимала немаловажное место в создании боеприпасов, инструмента.

Технология порошковой металлургии с присущими ей исклю­чительными возможностями в управлении структурой и свойства­ми материалов способствовала созданию новых КМ.

Уже в 1948 г. в Институте черной металлургии АН УССР был создан отдел специальных сплавов, которому было поручено про­ведение работ по порошковой металлургии.

В 1955 г. был создан Институт металлокерамики и спецсплавов АН УССР, который с 1965 г. реорганизован в Институт проблем материаловедения АН УССР и утвержден Головным в бывшем СССР по порошковой металлургии . Основателем института был за­мечательный человек и ученый И. Н. Францевич, возглавлявший его до 1973 г.

Практика изготовления порошков и спеченной металлической губки (крицы) с переработкой в компактные изделия уходит в глу­бокую древность (бронза, около 5000 лет до н. э.). На территории Украины орудия из железа появились около 1000 лет до н. э.

Но древняя порошковая и губчатая металлургия была освоена че­ловеком как источник получения металлических изделий вообще, т.к. других возможностей у него просто не было. С появлением новых металлургических процессов эта технология была забыта полностью или частично и вернулась к нам в новом качестве и с новыми задачами.

Появилась возможность и необходимость синтеза новых ком­позиционных материалов, применение которых позволило резко по­высить прочность, жаропрочность, усталостную прочность, жест­кость, вязкость разрушения конструкций. Кроме того, это позволи­ло регулировать в широких пределах теплофизические, электричес­кие, магнитные и другие свойства материалов, в чем нуждаются все без исключения отрасли современной техники.

Основные направления, в которых порошковая металлургия мо­жет успешно конкурировать с другими:

- возможность изготовления изделий практически без механи­ческой обработки;

- получение сплавов и композиций с уникальными свойства­ми, которые нельзя получить обычными методами литья, (КМ, дис­персно-упрочненные сплавы, псевдосплавы, пористые материалы и т. п.).

Технологический процесс получения изделий из порошков со­стоит из следующих основных операций:

- получение порошков;

- формование изделий из порошков;

- спекание отформованной заготовки;

- окончательная обработка, доводка до нужных размеров;

- контроль.

В реальных условиях в зависимости от требований, предъяв­ляемых к изделию, и технологических возможностей могут быть от­клонения от общей схемы, например вторая и третья операции при горячем способе формования совмещаются.

Свойства материалов в значительной степени определяются качеством исходного сырья. Этим сырьем являются порошки метал­лов, тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и т. д.), сплавов с размерами частиц от 1 до 800 мкм.

Основными исходными характеристиками порошков являются:

- насыпная плотность, определяемая взвешиванием определен­ного объема;

- текучесть, которая аналогично вязкости характеризуется ско­ростью высыпания из стандартной емкости с отверстием (типа при­бора ВЗ-4);

- пикнометрическая плотность, определяемая также взвешива­нием, но в жидкости, характеризует плотность самих частиц, т. к. в них могут быть пустоты и т. п.;

- критерий Фишера, определяется на спрессованной таблетке по величине сорбции паров жидкости;

- прессуемость и формуемость.

На свойства конечного продукта существенное влияние оказыва­ют гранулометрический состав порошка, макро и микроструктура ча­стиц, их форма, состояние поверхности и т. п. Определяют также спекаемость при различных температурах в лабораторных условиях, после чего полученные режимы переносят в технологический процесс.

Конечно, объем необходимых анализов зависит от назначения выпускаемых изделий [45, 46].