Сплавы, получаемые методами порошковой металлургии

Алан-э-Дейл       01.05.2022 г.

Усадка

Усадка – это изменение размеров нагреваемого порошкового тела при спекании. Величина усадки представляет собой выраженное в процентах или долях единицы отношение разности между начальным и конечным параметрами к начальному параметру. Она может быть объёмной или линейной и определяется формулами:

Y = (V1 — V)⁄ V·100%

или

H = (H1 — H)⁄ H·100% ,где

  • V – объём прессовки до спекания;
  • V1 – объём прессовки после спекания;
  • H – высота прессовки до спекания;
  • H1 – высота прессовки после спекания.

Обычно при спекании уменьшается пористость и возрастает плотность изделий. В начальный период спекания (100 – 150 °С) происходит удаление паров и газов адсорбированных на частицах металла, испарение или выгорания смазок и снятие упругих напряжений. С повышением температуры (0,4 – 0,5Tпл.) заканчивается снятие упругих напряжений, продолжается дегазация и выгорание смазок и связующих веществ, происходит восстановление оксидных плёнок, в результате чего неметаллические контакты заменяются металлическими и увеличивается их площадь. При температуре 0,7 – 0,9Tпл. заканчивается восстановление оксидов, контакты между частицами становятся полностью металлическими, происходит сглаживание поверхности частиц, сфероидизация пор и окончательное упрочнение.

Процесс усадки при спекании характеризуется стремлением системы к уменьшению запаса поверхностной энергии, что возможно только за счет сокращения суммарной поверхности порошковых частиц. Поэтому порошки с сильно развитой поверхностью уплотняются при спекании с наибольшей скоростью, как обладающие большим запасом поверхностной энергии. При нагреве прессовки до некоторой температуры и выдержке усадка в начальный момент происходит быстро, а затем замедляется и почти прекращается. При новом подъёме температуры скорость уплотнения снова возрастает и опять замедляется через некоторое время. Это происходит при каждом новом подъёме температуры и связано с тем, что запас поверхностной энергии зависит от величины и состояния поверхности частиц или от количества дефектов на единицу площади. В начальный момент нагрева дефектов много и каждая частица стремиться избавиться от них и усадка идет быстро. Затем число дефектов приближается к равновесному для данных условий и усадка замедляется.

При спекании прессовок иногда бывают случаи нарушения процесса спекания, выражающиеся в недостаточной степени усадки или даже увеличении объёма. Это может происходить за счет снятия упругих напряжений, возникших при прессовании, наличия невосстанавливающихся оксидов, фазовых превращений и выделений газов, образующихся при химических реакциях, протекающих при спекании.Спекание многокомпонентных систем характеризуется рядом особенностей, заключающихся в том, что спекание разнородных материалов является более сложным процессом, в котором наряду с самодиффузией, обуславливающий перенос массы в область контакта частиц, должна происходить гетеродиффузия, обеспечивающая выравнивание концентраций разноименных атомов в пределах образца. В значительной степени на ход процесса спекания таких систем оказывает характер диаграммы состояния компонентов. При неограниченной взаимной растворимости компонентов наибольшее значение имеет объёмная гетеродиффузия. Усадка в этом случае меньше возможной суммарной усадки каждого из компонентов системы и зависит от их концентрации в материале. Это объясняется более низкой подвижностью атомов в твердых растворах по сравнению с чистыми металлами и невозможностью получения при смешивании абсолютно однородной смеси. Поэтому при спекании образуется большое количество контактов, скорость диффузии через которые неодинакова.

Спекание систем с ограниченной растворимостью или при полной нерастворимости компонентов осложняется изолированием однородных частиц от взаимного контакта, что существенно препятствует протеканию самодиффузии, и ухудшает условия спекания.

Композитные материалы

Большое развитие порошковая индустрия получила с развитием высокотехнологичной техники, требующей изделий из композитных материалов. Отличие композитов от сплавов состоит в возможности получать прочные соединения разнородных металлических и неметаллических компонентов.

Выплавка традиционным способом в металлургических печах не создает растворов, например, вольфрама и меди. После возникновения композитных материалов эта проблема была решена.

Достигается такой результат обыкновенным смешиванием нужных компонентов, приданием формы на прессе с последующим спеканием.

Ядерное топливо также является композитным материалом.

Спекание пластмасс

Пластмассовые материалы сформированы, спекая для заявлений, которые требуют материалов определенной пористости. Спеченные пластмассовые пористые компоненты используются в фильтрации и управлять жидкостью и потоками газа. Спеченные пластмассы используются в заявлениях, требующих свойств впитывающих влагу, таких как маркировка перьев ручки. Спеченные крайние высокие материалы полиэтилена молекулярной массы используются в качестве лыжи и катаются на основные материалы сноуборде. Пористая структура позволяет воску быть сохраненным в пределах структуры основного материала, таким образом обеспечивая более длительное покрытие воска.

Спекание — порошок

Спекание порошков производится для придания изделию из порошковых сплавов необходимых твердости и прочности при температуре 0 6 — 0 9 абсолютной температуры плавления основного компонента сплава.

Спекание порошков полимера при температурах 300 С и выше, что может быть лег-ко выполнено в лаборатории.

Спеканием порошков получают дисперсионно-твердеющие сплавы системы Ре-Al — Ni-Co. С в течение 1 — 5 ч; остаточная пористость пРи этом составляет 3 — 7 % и приводит к снижению параметра WVax-Изготовление беспористых порошковых магнитов методом горячего прессования обеспечивает повышение магнитных свойств.

Спеканием порошков получают дисперсионно-твердеющие сплавы системы Fe — А1 — Ni-Со. Спекание магнитов, формованных из шихты этих сплавов, проводят в вакууме при температуре 1200 — 1300 С в течение 1 — 5 ч; остаточная пористость при этом составляет 3 — 7 % и приводит к снижению параметра Wmax Изготовление беспористых порошковых магнитов методом горячего прессования обеспечивает повышение магнитных свойств.

Беспрессовым спеканием порошка в вакууме возможно получение блоков для последующего выдавливания. Аппаратура, применяемая для этого процесса, проще. К порошку предъявляются высокие требования по химич.

Путем спекания порошков можно получать детали с довольно сложной формой только при соблюдении следующих условий: отношение высоты изделий к поперечным размерам не должно быть очень большим ( желательно меньше 2 5); деталь не должна иметь глубоких узких впадин; должны отсутствовать отверстия и впадины, перпендикулярные к направлению прессования; необходимо наличие плавных переходов от одного сечения к другому; должны быть довольно большие радиусы закругления, толщина стенок желательна не меньше 1 2 — 1 8 мм.

Начинается спекание порошка обычно со сваривания зерен в местах контакта. На начальной стадии происходит взаимное при-пекание зерен, сопровождающееся увеличением площади контакта между ними и сближением их центров.

Путем спекания ПИ порошка изготовляют сложные детали.

Получают спеканием порошков рения и кремния при температуре 1400 — 1500 С. Устойчивы до высоких температур: Re5Si3 — До 1020 С, ReSij — до 1930 С, ReSi2 — устойчив против окисления на воздухе до 1400 С.

При спекании порошков образуется структура с меньшей площадью контактов между частицами и ФЭ при пористости 65 % теряют пластичность, а при пористости 80 % практически отсутствует прочность и ФЭ легко разрушаются. Зависимость среднего диаметра пор, замеренного по вытеснению жидкости, от пористости для прессовок из электролитических волокон сильнее, чем для тянутых волокон, что определяется некоторым различием структуры волокон. Развитая структура электролитических волокон обеспечивает более равномерную структуру прессовки, и максимальный размер пор при прочих равных условиях ниже, чем у прессовок из порошков.

При спекании порошков необходимо обеспечить сохранность пор и избежать их закрытия. Это достигается спеканием порошков, свободно засыпанных в соответствующие формы, или спеканием прессованных ( прокатанных) заготовок из смеси порошков с добавкой испаряющихся наполнителей.

При спекании порошков важно предотвратить возможное в условиях высоких температур окисление ДФ кислородом или другими реагентами окружающей среды. Для этого процесс проводят в защитной атмосфере СО, Н2, H2 N2, природного и инертного газов

Возможность окисления оценивается по изменению свободной энтальпии.

При спекании порошка под давлением его частицы в исходном состоянии соприкасаются лишь на участках, площадь которых мала по сравнению с площадью их сечения.

При спекании порошков образуется структура с меньшей площадью контактов между частицами и ФЭ при пористости 65 % теряют пластичность, а при пористости 80 % практически отсутствует прочность и ФЭ легко разрушаются. Зависимость среднего диаметра пор, замеренного по вытеснению жидкости, от пористости для прессовок из электролитических волокон сильнее, чем для тянутых волокон, что определяется некоторым различием структуры волокон. Развитая структура электролитических волокон обеспечивает более равномерную структуру прессовки, и максимальный размер пор при прочих равных условиях ниже, чем у прессовок из порошков.

Зависимость пористости изделий от продолжительности спекания свобод-нонасыпанного порошка.| Зависимость усадки заготовок из порошка.

Применение продуктов порошковой металлургии

Порошковую металлургию применяют в авиации, электротехнике, радиотехнике и многих других отраслях промышленности. Это связано с тем, что применяемая технология производства позволяет получать детали сложной формы. Кроме этого, современные технологии порошковой металлургии позволяют получить детали, обладающие:

  1. Высокой прочностью. Плотная структура определяет повышенную прочность.
  2. Долговечностью. Получаемые изделия могут прослужить в тяжелых условиях эксплуатации на протяжении длительного периода.
  3. Износостойкостью. Если нужно получить поверхность, которая не истирается под механическим воздействием, то нужно рассмотреть технологию порошковой формовки.
  4. Пластичностью. Можно также получить заготовки повышенной пластичности.

Продукция порошковой металлургии

Также распространение этой технологии можно связать с низкой себестоимостью получаемых изделий.

Достоинства и недостаткиМетод получения изделий из порошков получил достаточно широкое распространение по причине большого количества достоинств:

  1. низкая стоимость получаемых изделий;
  2. возможность производства крупных деталей со сложными поверхностями;
  3. высокие физико-механические качества.

Металлургический порошковый метод характеризуется и несколькими недостатками:

  1. Получаемая структура обладает относительно невысокой прочностью.
  2. Структура характеризуется меньшей плотностью.
  3. Рассматриваемые технологии предусматривают применение специализированного оборудования.
  4. При нарушении технологии производства детали имеют низкое качество.

Сегодня порошковая металлургия активно применяется в самых различных отраслях промышленности. Кроме этого, ведутся разработки, которые направлены на улучшение качества получаемых изделий.

В заключение отметим, что при соединении мелких частиц различных металлов и сплавов получаются материалы с особыми эксплуатационными качествами.

Существующие способы наложения

Способы наложения по типу получения частицами заряда называются электростатическим и трибостатическим.

Трибостатический пистолет

Электростатическим методом заряд сообщается коронирующим электродом под высоким, 20–100 тыс. В, напряжением. Электростатические установки более мощные, производительные. При снижении напряжения электрода увеличивается скорость воздушной струи.

Трибостатический эффект достигается трением частиц друг об друга и материал корпуса пистолета. Корпус пистолета для повышения трения изготавливают из фторопласта.

Трибостатические установки дешевле, производительность работы агрегатов меньше, чем у электростатических. Процент оседания частиц на детали ниже. Не все краски по металлу рассчитаны на зарядку трением, нужно выбирать специальные или использовать адаптирующие добавки. Детали пистолета изнашиваются и требуют замены. Трибостатическим способом удобнее обрабатывать детали сложной формы, пазы, углубления. Электростатический метод в таких условиях не эффективен, оставляет непрокрасы.

По составу смол смеси разделяют на три категории:

  • эпоксидные краски;
  • эпоксидно-полиэфирные составы;
  • полиэфирные краски.

Эпоксидные порошковые покрытия

Эпоксидные краски по металлу прочные, стойкие к химическим веществам, маслу топливу. Грунтовка под них не требуется, сами могут быть грунтовочным слоем перед нанесением жидких порошковых окрасок. Толщина наносимого слоя до 500 мкм.

Эпоксидная краска не проводит электричество, за изоляционные свойства востребована в электротехнической, радиотехнической промышленности при окраске металла, требующей повышенных антикоррозионных свойств. Чёрные металлы, оцинкованная сталь фосфатируется, алюминий и алюминиевые сплавы хроматируются. Формируется ударопрочное покрытие с хорошей адгезией.

Эпоксидно-полиэфирные порошковые краски

Эпоксидно-полиэфирные покрытия более декоративны. На их основе можно получать сложные фактуры под тисненую кожу, эффекты состаренной поверхности, широкую палитру оттенков металлика с разной степенью блеска. Недостатком эпоксидно-полиэфирного покрытия является сниженная стойкость покраски к атмосферным явлениям и слабое противостояние процессам коррозии металла.

Полиэфирные порошковые краски

Полиэфирные порошковые краски – атмосферостойкие, механически прочные, стойкие к истиранию покрытия. Высокая адгезия полиэфирных составов позволяет наносить покрытие на все виды металлов, включая лёгкие сплавы. Хорошо изолируют электричество. Вступая в реакцию со щёлочью, слой покраски разрушается.

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Минералокерамические твердые сплавы

Минералокерамика — это синтетический материал, в основу которого положены технический глинозем (А12О3) и другие тугоплавкие оксиды (Cr2O3, SiO2, ZrO2). Среди таких сплавов можно выделить минералокерамику марки ЦМ-332 — микролит и термокорунд. По твердости (НRА 90…95), теплои износостойкости она превосходит твердые сплавы. Минералокерамические сплавы не содержат дорогостоящих металлов, дешевы в производстве.

К недостаткам микролита и термокорунда относят низкую прочность и большую хрупкость. Инструменты, оснащенные пластинками этих минералокерамических сплавов, не теряют своей твердости при нагревании в процессе работы до 1200°С. Поэтому их применяют в условиях безударной нагрузки при чистовой и получистовой обработке стальных и чугунных деталей, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов на высоких скоростях с небольшими глубинами резания и подачами.

В технологии производства пластинок микролита выделяют следующие этапы:

  1. подготовка порошка;
  2. формовка подготовленного порошка;
  3. прессовка заготовки;
  4. спекание при температуре 1750…1900°С.

Также пластинки получают горячим литьем под давлением (шлакерный метод).

К державкам инструментов пластинки микролита прикрепляют припаиванием или механическим закреплением. При пайке нужно предварительно произвести металлизацию пластинок, т.е. покрыть их тонким слоем какого-либо металла, подходящего для пайки.

Для улучшения механических и эксплуатационных характеристик минералокерамики в нее добавляют вольфрам, молибден, бор, титан, никель и т.д. Эти материалы называются керметами. Их используют при обработке резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Среди минералометаллических сплавов также можно выделить сверхтвердые инструментальные материалы на основе поликристаллов бора — эльборы марок 01, 05, 10. Поликристаллы нитрида бора превосходят все инструментальные материалы по твердости и теплостойкости. Их монтируют в державки резцов и соединяют вакуумной пайкой или с помощью горячей опрессовки стальной втулки с поликристаллом. Инструменты, покрытые эльбором, применяют при обработке чугуна и стали любой твердости при высоких скоростях.

Инструменты, оснащенные поликристаллическими алмазами (карбонадо, балласом), используют для обработки титановых сплавов, металлокерамики, твердых сплавов.

Виды изделий из порошковых композиционных материалов

Металлокерамические твердые сплавы. Эти сплавы применяют в виде пластинок к режущему инструменту и инструменту для буров при бурении горных пород, а также в виде фильер для волочения. Некоторые мелкие режущие инструменты (сверла, развертки, фрезы) изготовляют целиком из твердых сплавов.

Металлокерамические твердые сплавы очень тверды (82–92 HRA) и способны сохранять режущую способность до температур 1 000–1 100 °С. Основной составляющей таких сплавов являются карбиды вольфрама, титана, тантала. В качестве связующего применяют кобальт (см. раздел 1).

Антифрикционные и фрикционные изделия. Антифрикционные сплавы содержат дефицитные цветные металлы (олово, свинец, сурьма), кроме того, они не могут работать в условиях сухого трения, при большой скорости скольжения, в агрессивных средах и при температурах выше 350 °С.

Для изготовления подшипников скольжения, вкладышей, втулок, уплотнителей все более широкое применение находят спеченные антифрикционные материалы, которые могут работать в названных выше условиях. Эти материалы характеризуются также низким коэффициентом трения, высокой износоустойчивостью и хорошей прирабатываемостью. Относительная пористость этих материалов (18–25 %) обеспечивает необходимую впитываемость масла, для этого изделия обрабатывают в масляной ванне при температуре 100–120 °С.

Спеченными антифрикционными материалами являются железографит, железографит–медь, железо–медь, бронзографит.

Фрикционные спеченные материалы применяют для прокладок в тормозных дисках машин, для тормозных лент и колодок в самолетах, тракторах и т. д. В состав их входят медь, железо, олово, графит, кремний. Эти материалы выдерживают давление до 7 МПа и нагрев до температуры 550 °С.

Фильтры. Фильтры, спеченные из порошков металлов и металлоподобных соединений по сравнению с фильтрами из других материалов (бумаги, фибры, фетра, металлических сеток, фторопластовых и нейлоновых пористых материалов) имеют большие прочность и стабильность формы, теплостойкость и теплопроводность, а также способность регенерироваться в процессе работы. Различные фильтры задерживают частицы размером от 10 до 1 мкм.

Фильтры изготовляют из порошков железа, стали, бронзы, титана, они могут иметь форму лент, труб, стаканов.

Методами порошковой металлургии получают электроконтакты, магниты, а также детали из углеродистых, легированных сталей, чугунов и цветных сплавов, которые заменяют изделия, получаемые по традиционной технологии (литьем, обработкой давлением).

Получение спеченных изделий включает калибровку и термическую обработку.

Традиционно для получения деталей используют порошки с размерами частиц от 400 до 20 мкм. Для некоторых специальных изделий необходимы тонкие порошки с частицами от 2 до 0,1 мкм. Это обусловливает переход от механических способов получения порошков к химическим и электрохимическим методам (восстановление в газовой и жидкой фазах, электролиз).

Свойства порошков

В практике металлические порошки характеризуются по следующим свойствам:

  • физическим;
  • химическим;
  • технологическим.

Физические свойства порошков

К физическим свойствам порошков обычно относят преобладающую форму частиц и гранулометрический состав порошка. Форма частиц в основном зависит от способа получения и может быть сферической, губчатой, осколочной, дендритной, тарельчатой, чешуйчатой. Форма частиц оказывает влияние на плотность, прочность и однородность прессовки. Наибольшую прочность прессовок дают частицы дендритной формы. В этом случае упрочнение порошков при прессовании вызывается действием сил сцепления, заклиниванием частиц, переплетением выступов и ответвлением.

Размер частиц порошков, получаемых различными методами колеблется от долей микрометра до долей миллиметра. Для получения прочной прессовки необходим порошок с определенными размерами частиц и набором их по крупности. В практике никогда не встречаются металлические порошки с частицами одной крупности.

Гранулометрический состав порошка представляет собой относительное содержание фракций частиц различной крупности. В сочетании с другими свойствами он влияет на удельное давление при прессовании, необходимое для достижения заданных механических свойств спечённых изделий.

Химические свойства порошков

К химическим свойствам порошков относят в первую очередь содержание основного металла, примесей и загрязнений. На химические свойства влияет также содержание газов в связанном, адсорбированном или растворенном состоянии. Содержание основного металла в порошках бывает не ниже 98 – 99%, и такая чистота порошковых металлов для большинства спеченных изделий является удовлетворительной.

Вредными примесями для железного порошка являются примеси кремнезёма, оксидов алюминия и марганца. Эти примеси затрудняют прессование порошков, увеличивают износ прессформ.

Присутствие в порошках значительного количества газов (кислород, водород, азот и др.), адсорбированных на поверхности частиц, а также попавших внутрь частиц в процессе изготовления и в результате разложения при нагреве загрязнений увеличивает хрупкость порошков, затрудняет прессование, а интенсивное выделение их при спекании может привести к короблению изделий. Поэтому порошки иногда подвергают вакуумной обработке для отгонки газов.

Под технологическими свойствами порошков понимают:

  • насыпная масса порошка;
  • текучесть;
  • прессуемость.

Насыпная масса порошка

Насыпная масса порошка – это масса единицы его объёма при свободной насыпке. Она определяется плотностью материала порошка, размером и формой его частиц, плотностью укладки частиц и состоянием их поверхности. Например, сферические порошки с гладкой поверхностью обеспечивают более высокую насыпную плотность.

Текучесть порошка

Текучесть порошка – это способность перемещаться под действием силы тяжести. Она оценивается временем истечения определённой навески (50 г) через калиброванное отверстие (диаметр 2,5 мм). Текучесть зависит от плотности материала, гранулометрического состава, формы и состояния поверхности частиц и влияет на производительность автоматических прессов при прессовании, так как она определяет время заполнения порошком пресс-формы. Текучесть ухудшается при увлажнении порошка, увеличении его удельной поверхности и доли мелкой фракции.

Прессуемость порошка

Прессуемость порошка – это способность порошка под влиянием внешнего усилия приобретать и удерживать определённую форму и размеры.

Порошки одного и того же химического состава, но с разными физическими характеристиками могут обладать различными технологическими свойствами, что влияет на условия дальнейшего превращения порошков в готовые изделия.Поэтому физические, химические и технологические свойства порошков находятся в непосредственной зависимости от метода получения порошка.

Но не только качественные характеристики порошка лежат в основе выбора способа получения порошков. Очень важными при оценке метода производства порошков являются вопросы экономики – себестоимость порошка, размер капиталовложений, стоимость переработки порошка в изделия.

Все это вызвало необходимость разработки и промышленного освоения большого числа различных способов производства порошков.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.