Легированные порошки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Липецкий государственный технический университет

Металлургический институт

Кафедра металлургических технологий

Реферат

по дисциплине: "Порошковая металлургия"

на тему: "Легированные порошки"

Студент О.И. Васильев

Старший преподаватель Т.В. Кравченко

Липецк 2019г.

Содержание

Введение

Глава 1. История развития порошковой металлургии

Глава 2. Легированные порошки

Заключение

Список использованных источников

Введение

В данной работе мы рассмотрим такие аспекты порошковой металлургии, как: история ее возникновения, производства порошков; изучим понятие легированных порошков и т.д.

Производство деталей из металлических порошков относится к отрасли техники, называемой металлокерамикой или порошковой металлургией. Метод порошковой металлургии позволяет получить материалы и детали, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, заданными стабильными магнитными свойствами. При этом порошковая металлургия позволяет получать большую экономию металла и значительно снижать себестоимость изделий.

Порошковая металлургия позволяет получать металлокерамические материалы с особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья, обработки давлением.

Однако многие металлокерамические материалы и детали имеют низкие механические свойства (пластичность и ударную вязкость). Кроме того, в ряде случаев стоимость металлических порошков значительно превышает стоимость литых металлов.

Развитие порошковой металлургии обусловлено главным образом тем, что её технологические операции сравнительно просты, а достигаемый с их помощью эффект во многих случаях оказывается поразительным. Только порошковая металлургия позволила преодолеть трудности, возникшие при производстве изделий из тугоплавких (температура плавления 2000 °С и выше) металлов, получать сплавы из металлов с резко различающими температурами плавления, изготавливать материалы из металлов и неметаллов или из нескольких слоёв разнородных компонентов, производить фильтрующие материалы с равномерной объёмной пористостью и успешно решать другие задачи.

Глава 1. История развития порошковой металлургии

Русские учёные Пётр Григорьевич Соболевский (1782 - 1841 гг.) и Василий Васильевич Любарский (1795 - 1854 гг.), 26 мая 1826 г. изготовили первые промышленные изделия, применив прессование и спекание платинового порошка.

Организовав выпуск платиновых монет, тиглей и других изделий, П.Г. Соболевский и В.В. Любарский на три года опередили англичанина Волластана, предложившего в 1829 г. аналогичный способ получения компактной платины.

Начало ХХ в. ознаменовалось бурным развитием электротехники, потребовавшей материалы (такие как проволока, из вольфрама и молибдена, медно-графитовые щётки и др.), которые нельзя было, изготовит обычными для того времени методами. Порошковая металлургия с успехом преодолела возникшие трудности, а затем появились спечённые магнитные и контактные материалы, самосмазывающиеся подшипники, твёрдые сплавы и т.д.

В 1918 г. на втором заседании Горного Совета при ВСНХ рассматривался вопрос о добыче вольфрама и молибдена, а при Главхиме ВСНХ была организована Комиссия по редким металлам, превратившаяся в 1921 г. в "Бюрэль" - Научно-техническое бюро по промышленному применению редких элементов. Исследования в этом бюро послужили основой создания в СССР с применением методов порошковой металлургии промышленного производства тугоплавких металлов, твёрдых сплавов и тугоплавких соединений редких металлов. Освоение технологии изготовления различных порошков дало толчок развитию работ в области производства спечённых изделий конструкционного назначения. Помимо технологических разработок были проведены обширные исследования в области создания научных основ порошкового металловедения и порошковой металлургии Технология конструкционных материалов: учебник/ О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, А.С. Чаус и др.; под общей редакцией О.С. Комарова. - Мн.: Новое знание, 2015. - 560 с..

В 70-е годы в СССР имелось несколько сот научных организаций и специализированных производств, активно участвующих в развитии порошковой металлургии. Среди них крупнейшими являются Центральный научно-исследовательский институт чёрной металлургии (ЦНИИчермет), Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (ВНИИЭМ), Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твёрдых сплавов (ВНИИТС) и др.

Производство порошков.

Сущность порошковой металлургии заключается в производстве порошков и изготовлении из них изделий, покрытий или материалов многофункционального назначения по безотходной технологии. Порошки получают из металлического и неметаллического сырья, а также вторичного сырья машиностроительного и металлургического производства. Технологический процесс производства и обработки изделий и материалов методами порошковой металлургии включает получение порошков, их формование в заготовки, спекание (температурную обработку) и при необходимости окончательную обработку (доводку, калибровку, уплотняющее обжатие, термообработку).

Способы производства порошков подразделяют на механические (без изменения химического состава исходных материалов), физико-химические и комбинированные. порошковый металлокерамика дробление

Механический метод подразумевает механическое измельчение компактных материалов, осуществляющееся путём дробления, размола или истирания в специальных агрегатах-мельницах (вихревых, планетарных, центробежных, шаровых, вибрационных, вращающихся и т.д.) Технология конструкционных материалов: учебник/ О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, А.С. Чаус и др.; под общей редакцией О.С. Комарова. - Мн.: Новое знание, 2015. - 560 с..

Физико-химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно-автокаталитической теории.

Формование порошков.

Формование Металлургический словарь. Электронный ресурс (http://my-dict.ru/dic/slovar-metallurgicheskih-terminov/2024934-legirovannye-poroshki) - это технологическая операция получения изделия или заготовки заданной формы, размеров и плотности обжатием сыпучих материалов (порошков). Уплотнение порошка осуществляется прессованием в металлических пресс-формах или эластичных оболочках, прокаткой, шликерным литьём суспензии и другими методами. Способ подготовки порошков к формованию выбирают исходя из технологических характеристик порошка, метода формования и последующей термообработки (спекания), требуемых свойств в условиях эксплуатации.

Для металлических порошков основными подготовительными операциями являются отжиг, просеивание по фракциям и смешивание. Отжиг проводят для повышения пластичности и прессуемости порошков в защитной среде при температуре (0,4…0,6) Тпл метала. Например, медный порошок отжигают в потоке восстановительного газа при 350…400 0 С, а железный - окислительного при 650…750 0 С. Порошки разделяют на фракции по величине частиц с использованием вибросит. Разделение производят также с помощью воздушных сепараторов и седиментации (разделения жидких смесей). Приготовление однородной по объёму механической смеси осуществляют путём смешивания порошков в специальных смесителях. Для получения легированных частиц порошка проводят размол смеси порошков основы и легирующих добавок в размольных агрегатах.

Прессование порошков в металлической пресс-форме под давлением сжатия приводит к уменьшению объёма порошка в результате перераспределения частиц, заполнение пустот и пластической деформации. Прессование не сопровождается полным устранением пор. Плотность полученной детали - прессовки по объёму неравномерна, что обусловлено неравномерностью давления, различием физико-механических свойств частиц (формы, размера, твёрдости, насыпной плотности), наличием внешнего трения частиц порошка о стенки пресс-формы, межчастичным трением, наличием бокового давления. На стенки пресс-формы передаётся значительно меньшее боковое давление, чем в направлении прессования, что обусловлено трением между частицами, заклиниванием их, что затрудняет их перемещение в стороны. После снятия давления, а также при выпрессовке брикета из пресс-формы размеры прессовки увеличиваются (явление упругого последействия). Для повышения и более равномерного распределения плотности прессовки по высоте используют смазку стенок матрицы пресс-формы, что уменьшает коэффициент внешнего и межчастичного трения. Равномерность распределения плотности увеличивается при двухстороннем прессовании верхним и нижним пуансонами (рис. 1) и всестороннем сжатии (прессованием в эластичной или деформируемой оболочке).

Рис. 1. Схема двухстороннего прессования порошковых материалов:

а - без нагрева, б - с нагревом

Использование вибрации при прессовании повышает плотность прессовки. Импульсные методы формования применяют для труднопрессуемых порошков или если необходимо получить особые свойства материала Технология металлов. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К., "Металлургия", 2014. 648 с..

Формование порошка также осуществляют в гидро- и газостатах (изостатическое), прокаткой, на гидродинамических машинах и с использованием взрывчатых веществ (импульсное), на вибрационных установках (вибрационное), продавливанием через отверстие в инструменте (экструзия или мундштучное прессование), заливкой в формы - шликерное литьё, при котором в форму заливают суспензию, содержащую порошок и жидкую связку, и др.

Изостатическое формование осуществляют в условиях всестороннего сжатия, что обеспечивает не только равномерную плотность, но и устраняет анизотропию свойств (рис. 2).

Рис. 2. Система изостатического формования:

1 - рабочий цилиндр; 2 - пуансон; 3 - пресс-шайба;

4 - рабочая жидкость; 5 - матрица; 6 - уплотнитель;

7 - матрицедержатель; 8 - контейнер с материалом

Прокатку порошков применяют для изготовления заготовок из конструкционных, электротехнических, фрикционных и антифрикционных, пористых (фильтрующих) материалов (рис. 3).

Рис. 3. Схема прокатки с вертикальной (а) и горизонтальной (б) шнековой подачей порошка

Для получения изделий сложной формы используют шликерное литьё . После заполнения формы жидкая составляющая шликера удаляется нагревом Технология металлов. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К., "Металлургия", 2014. 648 с..

Глава 2. Легированные порошки

Легированный порошок Металлургический словарь. Электронный ресурс (http://my-dict.ru/dic/slovar-metallurgicheskih-terminov/2024934-legirovannye-poroshki) - металлический порошок, состоящий по крайней мере из двух составных частей, которые являются частично или полностью сплавленными друг с другом.

Порошки сплавов, содержащих металлы, обладающие сравнительно невысоким сродством к кислороду (Fe, Ni, Со, Mo, W и др.), можно получать совместным восстановлением качественно приготовленной смеси оксидов соответствующих металлов водородом (в том числе диссоциированным аммиаком) или конвертированным природным газом при температуре, лежащей в интервале между температурами восстановления наиболее и наименее стойких оксцдов. В процессе восстановления происходит взаимная диффузия образующихся металлов и формируются частицы порошка сплава заданного состава. Например, из смеси оксида никеля (II), оксида железа (III) и триоксида молибдена восстановлением водородом при 600-900 "С получают порошки никелевых сплавов НИМО-20 (60 % Ni, 20 % Fe, 20 % Мо) и НИМО-35 (65 % Ni, 5 % Fe, 30 % Мо); получают порошки сплавов Fe—Со, Mo—Fe и др. Из механической смеси оксидов NiO и Fe203 при 500—800 "С можно получить механическую смесь порошков никеля и железа без заметного образования твердого раствора, тогда как из высокодисперсной смеси этих же оксидов, полученной химическим смешиванием (совместное выпаривание и прокаливание азотнокислых солей никеля и железа), в процессе восстановления при 500—800 °С образуются гомогенные порошки соответствующих сплавов благодаря имеющей место интенсивной диффузии одного компонента в другой.

При получении композитных порошков металл или оксид основного компонента смешивают с водным раствором соли металла-добавки, затем раствор упаривают, а полученную шихту восстанавливают. На каждой частице основного компонента располагается слой металла-добавки.

Порошковые конструкционные детали на основе легированных сталей могут быть изготовлены прессованием и спеканием легированных порошков и гранул, смесей порошков железа с порошками легирующих элементов, а также пропиткой жидкими металлами пористых спеченных заготовок и диффузионным насыщением при высоких температура.

В качестве легирующих элементов применяют никель, медь, хром, молибден и др. Роль каждого из них определяется количественным отношением легирующего элемента к железу и к другим легирующим элементам, а также отношением к оксидам, представляющим в большинстве случаев межчастичные границы.

При большем сродстве к кислороду по сравнению с железом легирующие элементы могут образовывать оксиды, сульфиды и другие неметаллические соединения.

По отношению к находящемуся в стали углероду легирующие элементы делятся на:

· карбидообразующие и

· графитообразующие.

Карбидообразующие элементы Металлургический словарь. Электронный ресурс (http://my-dict.ru/dic/slovar-metallurgicheskih-terminov/2024934-legirovannye-poroshki) (титан, ванадий, вольфрам, молибден, хром, марганец) с углеродом образуют специальные карбиды, более прочные и устойчивые, чем карбид железа (цементит). Титан образует самые устойчивые и прочные карбиды; марганец является самым слабым карбидообразующим элементом, но его карбид более прочен, чем карбид железа. Чем прочнее и устойчивее карбид, тем при более высокой температуре он растворяется в аустените, например при закалке, и труднее выделяется из мартенсита при отпуске закаленной стали.

Карбиды в стали на своей основе образуют твердые растворы с железом и другими карбндообразующими элементами. Так, в хромомарганцовистой стали вместо чистого карбида хрома Сr23С 6 образуется карбид (Cr, Mn, Fe)23C8, содержащий в растворе железо и марганец. Карбиды, имеющие одинаковую химическую формулу, взаимно растворяются, вследствие чего образуется - один общий карбид. Поэтому для карбидов, встречающихся в сталях, принято следующее обозначение: MgC, M23C6, М 7С 3, M6C, МС 7 М 2С, где под М подразумевается сумма карбидообразующих металлических элементов.

Графитообразующие элементы (кремний, алюминий, медь, никель и кобальт) с углеродом не образуют карбиды и понижают устойчивость карбидов других элементов, особенно карбида железа, способствуя его распадению на феррит и углерод отжига (графит). Самым сильным графитообразующим элементом является кремний, а самым слабым - кобальт. Чем сильнее графитообразующее действие элемента, тем меньше его нужно для разрушения карбидов, т.е. для графитизации стали.

Важное значение имеет влияние легирующих элементов на кинетику залечивания пор и других дефектов кристаллической структуры, а также на усадку порошковых сталей.

Для увеличения усадки и повышения механических свойств порошковых изделий целесообразно вводить в порошковую смесь элементы, образующие при спекании с железом легкоплавкие эвтектики, жидкие растворы и т. п., которые активизируют процесс спекания. Лучшие же результаты достигаются при комплексном легировании углеродом, медью, никелем, молибденом и другими элементами. Так, добавка меди совместно с фосфором компенсируем разницу в усадке, а добавка никеля снижает температуру и время спекания.

Установлено, что никель, а также ряд других элементов и особенно медь (в жидком состоянии) способствуют "рассасыванию" межчастичных границ, образованию между частицами металлического контакта, прохождению собирательной межчастичной рекристаллизации, что, с одной стороны, повышает механические свойства спеченных изделий, а с другой, - понижает устойчивость аустенита против роста его зерна как в процессе спекания, так и при изотермических выдержках при нагреве под закалку. Наоборот, такие элементы, как хром, кремний, марганец, имея на поверхности частиц трудновосстановимые оксиды, препятствуют сращиванию частиц, и для прохождения межчастичной рекристаллизации необходимо применение остро осушенных и хорошо очищенных от кислорода и влаги сред спекания. В связи этим целесообразным является одновременное легирование порошковых материалов карбидообразующими и некарбидообразующими элементами путем введения их в порошковую смесь в виде порошков (гранул) лигатур типа CuSi, CuMn, MnNi, X30 а т. п.

Введение порошковых лигатур при спекании может обеспечивать в течение определенного времени наличие жидкой фазы, что способствует увеличению усадки, получению более однородной структуры и повышению механических свойств. На конечную усадку оказывают влияние превращения, происходящие при охлаждении.

Заключение

Итак, изучив порошковую металлургию можно сделать вывод, что технология получения металлокерамических материалов и деталей состоит из ряда последовательных операций: получение металлических порошков, формование, спекание.

Совокупность основных и дополнительных технологических операций (резание, сверление, шлифование, калибрование и др.) позволяет решать с помощью порошковой металлургии две задачи:

1. Изготавливать материалы и изделия с особыми составами, структурой и свойствами, которые недостижимы другими методами производства;

2. Изготавливать материалы и изделия с обычными составами, структурой и свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях производства.

Список использованных источников

1. Технология конструкционных материалов: учебник/ О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, А.С. Чаус и др.; под общей редакцией О.С. Комарова. - Мн.: Новое знание, 2015. - 560 с.

2. Технология металлов. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К., "Металлургия", 2014. 648 с.

3. Знакомьтесь - порошковая металлургия. Либенсон Г.А. М., "Металлургия", 2016. 56 с.(Электронный ресурс).

4. Металлургический словарь. Электронный ресурс (http://my-dict.ru/dic/slovar-metallurgicheskih-terminov/2024934-legirovannye-poroshki)

Размещено на Allbest.ru