Технология порошковой металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология порошковой металлургии

Принципиальные технологические схемы

Для дальнейшего расчета данной установки необходимо задастся следующими исходными данными:

Нагреваемое изделие: мелкие металлокерамические детали, насыпающиеся на конвейерную ленту.

Материал загрузки: железографит.

Конечная температура tпечи:1075°С

Производительность g:360 кг/час

Напряжение питающей сети: 3х380

Защитная среда: водород.

Изготовление изделий из металлических порошков, возможно, несколькими способами. Основными являются следующие способы:

Холодное прессование-спекание. Исходные порошки прессуют в стальных или твердосплавных пресс-формах. Далее сформованные изделия подвергают спеканию в вакууме или в защитной атмосфере. Этим способом изготавливают большинство изделий.

Горячее прессование. Исходный порошок нагревают вместе с пресс-формой до температуры спекания и затем подвергают сжатию под давлением, которое значительно ниже давления при холодном прессовании. Пресс-формы изготовляют из графита или жароупорного металлического сплава. Нагревают либо контактным способом элек-трическим током, протекающим через пресс-форму, либо индукцион-ным. Этот метод не получил широкого применения, так как он сравнительно мало производителен.

Пропитка. Исходный порошок прессуют в холодном состоянии в изделия нужной формы и далее подвергают пропитке расплавленным компонентом; пропитанное изделие подвергают гомогенизирующему отжигу, а некоторые изделия - и другим видам термической обработки. Этот метод широко используется для изготовления изделий из псевдо-сплавов (например, W-Си) или кермесов (например, из карбида титана, пропитанного никелевым сплавом).

Пластифицирование. Порошкообразную шихту подвергают холод-ному прессованию в соответствующую заготовку. Далее эту заготовку пропитывают каким-либо пластификатором (обычно парафином); из

пропитанной заготовки путем механической обработки изготавливают изделие нужной формы. Затем из них удаляют (испарением) пластификатор, после чего изделие подвергают спеканию. Этим методом обычно изготовляют изделия сложной формы из твердых сплавов.

Методы получения исходных порошков

Применяемые методы получения металлических порошков могут быть разделены на химические, при которых металлический порошок получают в результате химической реакции (табл. 1.1), и механические (табл. 1.2), сущность которых состоит в измельчении различными спо-собами исходного материала. На сегодняшний день известны более се-мидесяти способов получения металлического порошка. Основные из них приведены в таблицах.

Табл. 1 Характеристика основных химических методов получения металлических порошков

Табл. 2 Характеристика основных механических методов получения металлических порошков

От метода получения порошков в значительной степени зависит их себестоимость (табл. 3).

Табл. 3. Относительная себестоимость порошка полученного различными способами

Формование порошков

Процесс формования металлических порошков состоит в уплотнении порошка под влиянием приложенного давления и в сохранении заданной формы после снятия нагрузки. Процесс формования слагается из трех основных стадий - плотной упаковки, упругого сопротивления и деформации.

На первой стадии уплотнение идет за счет перераспределения частиц и их более плотной упаковки, на второй стадии сжатый порошок упруго сопротивляется возрастающему давлению, и на третьей стадии уплотнение происходит за счет пластической деформации или хрупкого разрушения частиц (в зависимости от природы и свойств прессуемых порошков).

В современной технологии порошковой металлургии получили распространение различные методы формования исходных металлических порошков.

Прессование в стальных пресс-формах применяют для формования сравнительно небольших изделий с соотношением высоты к диаметру (или к ширине) не более 2,0-2,5. Формование осуществляется под давлением 1-10 т/смІ на гидравлических или механических прессах.

Изостатическое прессование - прессование порошков в стальных пресс-формах с помощью резинового или другого эластичного резервуара, вставленного в пресс-форму.

Динамическое прессование (взрывное) осуществляют с помощью давления газов, создаваемого в результате взрыва пороха. Применяется для изготовления плит, труб и т.д.

Непосредственная прокатка порошка представляет собой обжатие порошка между горизонтально расположенными валками. Применяется для получения пористых и компактных лент, полос, листа из железа, никеля, нихрома, нержавеющей стали, титана.

Шликерное литье. Исходной смесью для формования служит взвесь (суспензия) порошка в жидкости (спирт, бензол). Взвесь заливается под давлением в соответствующую форму, изготовленную из вла-гопоглащающего материала, например гипса.

Экструдирование. Осуществляется в двух вариантах.

Исходный порошок замешивают с каким-либо пластификатором (парафин, воск), взятым в таком количестве, что порошок приобретает консистенцию пластилина. Пластифицированную смесь продавлива-ют через соответствующее отверстие.

2. Исходный порошок засыпают в оболочку и подвергают горячему экструдированию вместе с оболочкой.

Вибрационное уплотнение - обычное прессование в стальных пресс-формах с одновременным воздействием вибраций высокой частоты (12000-16000 Гц).

В практике порошковой металлургии обычно применяются поверх-ностно-активные вещества (ПАВ), которые, адсорбируясь в дефектах кристаллических решеток частиц порошка, способствуют процессу де-формации и тем самым облегчают процесс прессования порошков.

ПАВ вводят непосредственно в шихту либо в виде порошков путем смешивания с шихтой, либо в виде растворов путем ее пропитки. В процессе спекания ПАВ разлагаются или сгорают.

Процесс спекания.

Заключительной операцией в технологии порошковой металлургии является спекание - термическая обработка прессовок для придания им соответствующих физико-механических и эксплуатационных свойств. Научное определение спеканию применительно к порошковой метал-лургии: спекание - это термически активируемый (самопроизвольный или под действием внешних воздействий) переход системы контактирующих твердых тел или пористых сред в термодинамически более равновесное состояние путем уменьшения площади свободной поверхности. Спекание осуществляют путем нагревания сформованного изделия до температуры, которая составляет примерно 2/3 температуры плавления материала. В процессе спекания происходит «залечивание» пор, уплотнение и упрочнение материала.

Процессы спекания можно разделить на два основных вида:

спекание однокомпонентных систем;

спекание многокомпонентных систем (в твердой фазе или с образованием жидкой фазы);

В первом случае спекание происходит за счет взаимодействия частиц в твердом состоянии, причем у всех частиц одинаковый химический состав (например, спекание порошков чистых металлов - железа, никеля, меди, а также сплавов).

Спекание второго вида относится к системам, которые состоят из частиц различного химического состава. При спекании в этом случае возможно взаимодействие частиц либо только в твердой фазе (например, спекание бронзографита Сu+Sn+графит), либо с образованием жидкой фазы (металлокерамический сплав WC/Co).

Механизм спекания обусловлен главным образом миграцией вакансий, прямым обменом атомов местами, перемещением атомов по междоузлиям и другими явлениями. В процессе спекания имеет место также восстановление поверхностных окислов и собирательная рекристаллизация (рост частиц).

В процессе спекания можно различить три основных стадии. На первой стадии идет активное уплотнение и наращивание прочности материала, вторая стадия - стадия малоактивной усадки и третья - резкое затухание процесса главным образом за счет внутреннего давления газов, находящихся в замкнутых порах.

Процесс спекания можно искусственно активизировать, т.е. получить необходимую плотность изделия за более короткое время или при более низкой температуре. Наиболее распространенными методами активизации процессов спекания являются следующие.

Спекание с предварительным окислением. Этот процесс осущест-вляется в две стадии. На первой стадии происходит поверхностное окисление частиц в увлажненном водороде. Эта стадия осуществляется при сравнительно низкой температуре. На второй стадии производится окончательное спекание при более высокой температуре в атмосфере хорошо осушенного водорода (с точкой росы не менее 60-70°С); во второй стадии происходит восстановление поверхностных окислов и обнажение активной металлической поверхности.

Этот метод активации спекания применяется для порошков железа, никеля, кобальта, молибдена, вольфрама и других металлов, окислы которых легко восстанавливаются водородом.

Спекание в парах галогенидов. Спекание осуществляется в при-сутствии легко диссоциирующихся галогенидов (например, МН₄С1); га-логениды обычно вводят в засыпку. Образующийся при диссоциации хлор способствует очистке поверхности частиц.

Спекание под воздействием ультразвука. Спекание осуществляется с одновременным наложением на спекаемое тело ультразвуковых колебаний с частотой 18-20 Гц.

Циклическое спекание. Сущность процесса состоит в спекании в несколько этапов, соответствующих различным температурам и фазовым превращениям при изотермической выдержке на каждом этапе. Суммарная продолжителъностъ всех этапов меньше продолжительности обычного спекания.

Для защиты изделий от воздействия атмосферы печи применяют различные порошкообразные засыпки, слоем которых покрывают спе-каемые изделия.

В качестве засыпок обычно применяют графит, смесь графита с окислами при спекании твердых сплавов или материалов на основе ту-гоплавких соединений или же чистые тугоплавкие окислы (А1₂Оз, ZrО₂, МgО) при спекании изделий из материалов на основе железа, никеля, хрома и других металлов, активных по отношению к углероду.

Разрабатываемая установка предназначена для спекания антифрик-ционных изделий.

Изделия из антифрикционных материалов применяют в различных узлах трения. Они обладают высокой износостойкостью, малым коэффициентом трения и могут работать без принудительной смазки в условиях загрязнения среды твердыми примесями.

Изделия из этих материалов выпускаются в основном в виде втулок. В автомобильной и некоторых других областях промышленности нашли также применения подшипниковые изделия (вкладыши), изготавливаемые из многослойных лент.

Основными типами металлокерамических антифрикционных изделий являются пористые сплавы на основе железа и графита (железографит). В некоторых материалах этого типа вместо графита применяют другие твердые смазки, например нитрид бора.

Железографит используют при рабочем давлении не более 100-150кГ/смІ и температуре до 80-100°С.

Химический состав и физико-механические свойства железографита приведены в таблицах 4 и 5 соответственно.

Табл. 4. Химический состав в% железографита

Табл. 5. Физико-механические свойства железографита

Железографит отличается от остальных антифрикционных материалов значительно большей чувствительностью структуры к изменению содержания графита и режимов технологии: в зависимости от этих факторов его структура может быть ферритной, перлитной, цементитной. Применяют материалы в основном с перлитной структурой. Железографит с ферритной структурой имеет пониженную износостойкость, а цементитная структура способствует повышенному износу сопрягаемой детали.

Основные технологические режимы изготовления железографита приведены в табл. 6.

металлический порошок спекание железографит

Табл. 6. Технологические режимы изготовления железографита

Размещено на Allbest.ru