Детали из порошкового металла: Порошковая металлургия

alexxlab | 23.08.1970 | 0 | Разное

Содержание

Порошковая металлургия

Задумывались ли вы над тем, как трудно делать металлические детали сложной формы или с большим числом отверстий? Сколько времени потребовалось бы, например, для того, чтобы из металлического кружка сделать шестерню или фланец, то есть, устранить металл из тех мест, где должны быть промежутки между зубцами, или отверстия? А сколько ценного материала тратится при этом впустую, уходит в стружку!

Есть, однако, метод, который позволяет делать такие детали быстро и почти без потерь материала. Это метод прессования и спекания металлических порошков. Самое интересное, что эта, одна из наиболее современных в настоящее время технологий, была известна уже несколько тысяч лет тому. Разумеется, тогда не применялись сложные машины и устройства, однако, принцип был тот же.

Производство деталей машин из металлических порошков происходит в несколько этапов. Сначала изготовляется исходный материал для дальнейшей обработки – металлический порошок, гранулы которого, имеют от нескольких до десяти с лишним микрометров.

Этот порошок получают в результате механического измельчения металлов в специальных мельницах, распыления жидких металлов, химического восстановления окислов металлов, а также в результате электролиза, то есть, осаждения порошка на катоде из растворов солей металлов. Каждый из перечисленных методов, позволяет получить гранулы разной формы: у одних форма шариков, у других – пластинок, у третьих – пушистых хлопьев.
С металлическими порошками дело обстоит, примерно, так же, как с мукой. Если из разных сортов муки можно приготовить разные виды теста, лишь незначительно изменяя состав компонентов или их количество, то и из порошков металлов разного химического состава, размера и формы гранул изготовляют детали, обладающие разными свойствами (механическое сопротивление, твердость, коэффициент трения, устойчивость к коррозии, электрические и магнитные параметры).

Именно поэтому, применяются не однородные порошки, а смеси порошков различных металлов в соответствующих пропорциях, и порошков, полученных разными методами. Неметаллические примеси, содержащиеся в порошковой смеси, влияют не только на свойства изделий, но и на характер последующих операций.
Так, например, графит, находящийся в порошке железа, снижает трение между гранулами порошка, а также между прессуемой деталью и стенками формы. Эта примесь уменьшает, таким образом, силу, необходимую для формования деталей из порошка и повышает срок службы инструментов.

Металлические порошки производятся на специальных предприятиях. На заводах, изготовляющих детали из порошков, компоненты смеси взвешиваются и перемешиваются в специальных мельницах, после чего проводится формование деталей.
Но как из сыпучего порошка делаются детали определенного вида? Это достигается разными способами, однако, в промышленности наибольшее распространение получило – прессование профилей в металлических формах.

Как выглядит такая форма? Основные части формы – матрица с отверстием, размеры и форма и которого, определяют размеры и сечение изготавливаемого, прессуемого профиля, и нижний и верхний пресс-штемпели.

Как происходит процесс прессования? Как только засыпное устройство наполнит матрицу порошком, передвижные пресс-штемпели, входящие в нее сверху и снизу, сдавливают порошок, передавая на него давление 20-80 кг/см2. Благодаря такому сильному давлению – получается прессовка, то есть деталь, полученная путем прессования.
Она настолько прочная и плотная, что ее можно без опаски вытолкнуть из матрицы с помощью одного из пресс-штемпелей. Засыпное устройство, передвигаясь для очередного наполнения матрицы порошком, сбрасывает прессовку в сторону. Автоматический пресс, в котором находятся формы, повторяет описанные операции непрерывно с частотой до 1000 и более раз в час. Порошок, сдавливаемый в матрице пресс-штемпелями, подвергается обжатию. Однако, даже тогда, когда применяются очень большие силы, в полученных профилях под микроскопом можно заметить воздушные канавки и пустоты. Это явление называется пористостью. В связи с наличием пор, удельный вес деталей, полученных из порошков, всегда меньше, чем удельный вес деталей, изготовленных литьем. В некоторых случаях пористость – желательное свойство. Так, например, в самосмазывающихся подшипниках, поры, которые занимают значительную часть объема подшипника, наполняются маслом, что значительно снижает трение. Детали же, работающие под нагрузкой, должны иметь как можно меньшую пористость, то есть, обладать высоким механическим сопротивлением.

Пористость деталей можно уменьшать или увеличивать, благодаря подбору соответствующего давления при прессовании (чем выше давление, тем ниже пористость), а также подбирая величину гранул компонентов порошковой смеси (маленькие гранулы могут заполнять поры, образованные между крупными гранулами).

Следующая операция в процессе изготовления деталей из порошков – спекание. Она напоминает обжиг кирпича. Температура спекания равна примерно 3/4 температуры абсолютной точки плавления основных компонентов порошковой смеси.

В печи происходит спекание металлических гранул порошка. Этим значительно повышается плотность и механические свойства деталей. После охлаждения, прессовки с низкой пористостью обладают почти такими же свойствами, как аналогичные детали из литья. Их можно считать готовыми к употреблению. Так из металлических порошков изготовляют детали машин, весом от нескольких граммов до не скольких килограммов.
Если детали должны отличаться особенно высокими свойствами, то после спекания они подвергаются дополнительной обработке. Например, более высокое качество поверхности и более точные размеры детали из спеченного металла, можно получить путем калибровки, то есть, проталкивания деталей через специальные матрицы. Снизить пористость и повысить механические свойства, можно благодаря вторичному прессованию и спеканию. Для противокоррозионной защиты и отделки деталей применяется гальваническая обработка. Изменение электрических свойств, коэффициента трения, а также коррозиеустойчивость достигаются путем пропитки пористых деталей металлическими сплавами, маслами или пластмассами. Детали, спеченные из порошков, подвергаются обработке резанием: точению, сверлению, шлифовке, нарезке. Таким образом удается получить подрезы и отверстия с осями, непараллельными к направлению прессования.

Сейчас трудно найти такую область техники, где не применяются детали, изготовляемые из порошков. Шестерни, фрикционные накладки сцеплений, подшипники скольжения, рычаги, прокладки, фильтры применяются в автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, велосипедах, канцелярских машинах, бытовых приборах. Из металлических порошков изготовляются решетки мясорубок и детали швейных машин, строительные элементы и детали станков, огнеупорные части авиационных двигателей и ракет, лопасти турбин, детали химической аппаратуры и оружия, корпусы часов и фильтры для очистки жидкостей и газов.

Такое широкое применение и бурный рост производства деталей из металлических порошков, объясняется многочисленными преимуществами этой технологии. Вы только подумайте, какую экономию материала это дает!

Вес стружек при обработке резанием доходит, иногда, до половины веса изделия. Потери порошка составляют, только несколько сотых веса детали. Пресс-форма, обслуживаемая одним работником, в несколько секунд дает изделие, которое при обработке резанием, изготовляется десять с лишним или даже несколько десятков минут, а в печи можно спекать одновременно много деталей.
Благодаря этому, снижаются издержки по производству деталей, причем тем больше, чем сложнее форма и чем крупнее серия изделий. Нельзя забывать о том, что таким методом можно получать детали, обладающие особыми свойствами. Порошковая металлургия позволяет осваивать крупные серии точных изделий, изготовление которых другими методами, было бы делом невыгодным или вообще – невыполнимым.

Смотрите также:

Порошковая металлургия: технология производства, изделия

Порошковая металлургия – отрасль промышленности, включающая в себя определенный набор способов производства металлических порошков, а также изготовление деталей из этих материалов. Это направление металлургии как способ получения готовых изделий начало активно развиваться около ста лет назад.

Плюсы производства

Такой способ производства деталей имеет ряд преимуществ, которые позволяют ему вытеснять более дорогие методы обработки металлов: литье, ковку и штамповку.

Существующий ряд преимуществ:

Экономичность – исходным материалом для изготовления порошков являются разного типа отходы, например, окалина. Этот отход металлургического производства больше нигде не используется, а методы порошковой металлургии позволяют компенсировать такие технологические потери.
Точность геометрических форм деталей. Изделия, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последующей обработке резанием. Следовательно, производство осуществляется с низким процентом отходов.
Высокая износостойкость изделий.
Простота технологического процесса.

Технология производства методом порошковой металлургии имеет много общего с изготовлением керамических изделий.

Эти процессы объединяет то, что сырьевой материал (в одном случае это песок и глина, в другом – металл) погружается в раскаленную печь. В итоге получается пористая структура материала. Такая схожесть технологических процессов привела к тому, что детали, изготовленные методом порошковой металлургии, называют металлокерамическими.

Технологический процесс производства порошков

Получение металлокерамической детали начинается с изготовления порошков. Порошки бывают разных фракций и различных размеров. Отсюда – различие в способах их производства.

Существуют две группы принципиально разных методов получения порошков:

Физико-механические методы – измельчение посредством механического воздействия на металлические частицы в твердой или жидкой фазе. Эти методы основаны на комбинировании статических и ударных нагрузок.
Химико-металлургические методы – изменение фазового состояния исходного сырья. Это восстановление окислов и солей, электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений.

Имеются ключевые моменты применяющихся способов производства металлических порошков:

Шаровой способ – мелкие металлические обрезки со стружкой дробятся и перетираются в шаровой мельнице.
Вихревой способ – нагнетание в специальных мельницах (при помощи вентиляторов) сильного воздушного потока, приводящего к взаимному столкновению частиц металла. На выходе получается качественно измельченный порошок, с блюдцеобразной формой зерен.
Применение специальных дробилок. Принцип действия таких устройств основан на измельчении металлических частиц с помощью ударного воздействия падающего груза.
Распыление – легкоплавкий металл, находящийся в жидкой фазе, распыляется потоком сжатого воздуха. После этого его отправляют для размельчения к быстровращающемуся диску.
Электролиз – металл восстанавливается из расплава под воздействием электрического тока, что делает его хрупким. Это свойство дает ему возможность легко перемалываться в мельнице до состояния порошка. Форма зерен порошка при этом дендритная.

Физико-механические методы

Порошок требуемых фракций получают в центробежных мельницах разного типа.

Центробежная мельница

Первичное измельчение – промежуточный этап производства порошков. Его осуществляют в конусных и валковых дробилках. В этих устройствах получат мелкие частицы металла с размером, не превышающим 1 см.

Процедура измельчения может длиться, в зависимости от применяемой технологии, от одного часа до 3–4 суток. Когда требуется сократить этот процесс, применяются уже не шаровые, а вибрационные мельницы.

В таких мельницах интенсивность процесса возрастает за счет присутствия усилий резания и создания переменных напряжений. Окончательный размер порошковых частиц составляет от 0,009 мм до 1 мм.

С целью повышения производительности процесса измельчения, его осуществляют в условиях жидкостного воздействия – для недопущения распыления металла. Объем задействованной жидкости составляет 40% от массы измельчаемых частиц.

Для измельчения твердосплавных частиц применяют планетарные центробежные мельницы. Отрицательной стороной работы такого устройства считается периодичность ее работы.

Физико-механические методы не подходят в случае необходимости измельчения цветных металлов, обладающих высокой пластичностью. Пластичные металлы измельчаются вихревыми мельницами, их принцип действия основан на измельчении частиц путем их взаимных ударов.

Вихревая мельница

Химико-металлургические методы

Чаще остальных применятся метод восстановления железа. Выполняется он из рудных окислов или окалины, образующейся в процессе горячей прокатки. Во время реакции восстановления металла нужно постоянно отлеживать количество газообразных соединений в составе порошка.

Превышение предельно допустимой нормы их содержания, приведет к повышенной хрупкости порошка. А это, в свою очередь, делает невозможным операцию прессования. Если избежать этого превышения не удалось, применяют вакуумную обработку, удаляющую большое количество газов.

Способ, основанный на распылении и грануляции – самый дешевый и простой при получении порошков. Дробление происходит под воздействием струй расплава или инертного газа. Распыление осуществляется с помощью форсунок. Регулируемые параметры процесса распыления – температура и давление газового потока. Охлаждение – водяное.

Применение электролиза как метода производства порошков наиболее целесообразно для задачи получения медных порошков, которые имеют высокую степень чистоты.

Производство порошковых изделий

Свойства металлических порошков

Порошки, как и любой другой материал, имеет ряд стандартных свойств, которые влияют на его технологическую пригодность. Специалисты к ним относят следующие свойства:

плотность порошков, именуемая пикнометрической, определяется химической чистотой порошка и степенью его пористости;
насыпной плотностью порошков называется его масса, полученная при свободном наполнении емкости определенного объема;
текучестью порошков считается быстрота наполнения емкости определенного объема. Это очень важный технологический параметр, потому как от него зависит производительность последующего прессования;
пластичность – свойство порошков принимать заданную форму и сохранять ее после прекращения нагрузки.

Получение изделий из порошков

В независимости от метода получения металлических порошков, его дальнейший путь лежит через обработку давлением с помощью специальных пресс-форм.

Для формообразования изделий из порошков применяют прессование с применением пресс-форм, прокатку и шликерную формовку.

Последняя является аналогом литья расплавленного металла в форму. Таким способом изготавливаются детали, имеющие форму тел вращения.

Формовка

Формование порошков – подготовительная операция, предваряющая процесс прессования. Включает в себя термообработку, подготовку смеси и дозировку. Повысить свойства пластичности порошков помогает термический отжиг.

Термообработка проходит в среде защитных газов при температуре от 40 до 60 процентов от температуры плавления металла. Для получения однородности состава порошков, они подвергаются обязательно операции сепарирования: просеивания металлических частиц через специальные сита. Только после того, как порошок просеян, следует переходить к приготовлению смеси порошков нужного состава.

Прессование

Суть процесса прессования заключается в плотном соединении частичек металлического порошка друг с другом. Рабочее давление механического пресса при этом составляет от 1 до 6 тыс. кг на квадратный сантиметр.

Изделия, полученные прессованием, не имеют высоких прочностных характеристик. Поэтому им требуется термообработка, заключающаяся в спекании порошков. Частицы металла в процессе расплавления образуют между собой крепкие межатомные связи, делая деталь однородной по своей структуре.

Стоит отметить, что часто операции прессования и спекания объединены в одну – горячее прессование.

Причем нагрев в этом случае осуществляют токами высокой частоты.Производство деталей из порошков методом горячего прессования значительно сокращает время, затрачиваемое на их изготовление.

Этот фактор позволяет экономить энергетические ресурсы и снижает себестоимость производства изделий.

Области применения деталей порошковой металлургии

Порошковая индустрия как способ изготовления и обработки металлов очень разнообразен по своим технологическим методам. Это дает возможность получать детали требуемого состава и необходимых свойств.

Применяя методы порошковой металлургии производства, специалисты могут производить новейшие композитные материалы, получения которых традиционными методами невозможно. Производство деталей машин и механизмов из металлических порошков дает существенную экономию на материале, за счет получения низкого расходного коэффициента.

Металлокерамические изделия применяются в широком спектре областей приборостроения, радиоэлектроники и машиностроения. Применяются порошки и в производстве режущего инструмента: резцов, сверл.

Сверла изготавливаются из порошкового металла

Производство изделий из металлических порошков в настоящий момент имеет высокую степень автоматизации. Технологическая простота операций позволяет применять работников без высокой квалификации. Эти факторы благоприятно отражаются на себестоимости продукции порошковой металлургии.

При уровне пористости порошков, который не превышает норму, они не уступают по показателю коррозионной стойкости. Особенно деталям, изготовленными стандартными способами.

Изделия порошковой металлургии обладают способностью хорошо переносить резкие скачки температур. Поэтому они применяются в средах, работающих в таких условиях.

Детали узлов трения

Специфика применения металлокерамических изделий обусловлена их свойством хорошо удерживать смазочные материалы. Эта их особенность определяется пористой структурой.

Это свойство способствует изготовлению из порошков деталей, испытывающих в своей работе трение: подшипники скольжения, направляющие втулки, вкладыши, щетки электродвигателей.

Пористая структура подшипников из порошков позволяет пропитывать их маслом. Впоследствии смазка попадает на трущиеся поверхности. Такие подшипники получили название самосмазывающиеся.

Самосмазывающиеся подшипники

Они имеют следующие достоинства:

экономичность – применение таких подшипников позволяет уменьшить расход масла;
износостойкость;
экономия на материале. Замена дорогостоящей бронзы и баббита на железо.

Свойство пористости металлокерамических деталей специалисты могут усилить, если при изготовлении добавлять в них графит, который, как известно, обладает высокими смазывающими свойствами. Подшипники с повышенным содержанием графита не нуждаются в применении масла.

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.

Твердые сплавы

Твердосплавные изделия получают методами металлокерамики. Повышенная твердость достигается включением в состав карбидных включений. Как известно, с увеличением доли углерода в металле, возрастает его твердость.

Карбидные соединения дают высокую вязкость, сохраняя прочностные свойства порошка. Металлокерамические детали нужны там, где необходима их высокая износостойкость. Чаще всего, это режущий инструмент, а также твердосплавные матрицы и пуансоны для листовой штамповки.

Порошковая металлургия

Контактные материалы

Изделия из электроконтактных материалов. Порошковая индустрия незаменима для производства электрических контактов, применяемых в электронике и радиотехнике. В этих отраслях применяются так называемые ферромагнитные порошки.

Другие сферы применения порошков

Еще одним полезным свойством порошков является их жаростойкость, что позволяет применять их в различных тормозных механизмах. Жаростойкие свойства металлокерамики возрастают с добавлением в ее состав хрома, никеля и вольфрама.

Практически все современные магнитные детали производятся из металлических порошков. Технология порошковой металлургии позволяет получить соединения железа с различными силикатами.

Применяют металлокерамические изделия также для фильтрации газов и горючих веществ.

Недостатки порошков

Среди недостатков методов порошковой металлургии следует выделить невозможность изготовления деталей, имеющих сложную геометрическую форму, а также относительно небольшой размер изделий. Прочность и однородность структуры порошков уступает деталям, изготовленным методами объемной штамповки, горячей ковки и волочения.

Детали, изготовленные из порошков, имеют более низкую плотность, в сравнении с деталями, изготовленными обработкой металлов давлением. Этот фактор имеет повышенное значение, когда нужно облегчить какой-либо узел механизма. Это дает возможность инженерам-конструкторам решать задачи уменьшения расхода металла, не теряя эксплуатационных свойств деталей.

Порошковая металлургия требует строго соблюдения мер пожарной безопасности. Склонность к самовозгоранию порошков – опасный производственный фактор, требующий четкого соблюдения правил техники безопасности.

Будущее порошковой металлургии

Развитие порошковой металлургии обязано преследовать цель увеличения номенклатуры изделий, которые мастера могут изготовить этим способом.

Детали сложных конфигураций, которые сейчас получают на заводах только обработкой резанием, должны в будущем изготавливаться методами порошковой металлургии. Это позволит уменьшить материалоемкость производства сложных деталей.

Дальнейшая автоматизация производственного процесса – отличительная черта современных промышленных предприятий. Касается она и производства изделий из металлических порошков.

Снижение влияния человеческого фактора на технологический процесс, повышает точность изготовления деталей.

Качество изделий порошковой металлургии с течением времени должно конкурировать с передовыми технологиями производства деталей машин и механизмов. Повышение качества и снижение себестоимости готовой продукции – приоритетная задача предприятий порошковой металлургии.

Видео: Получение порошков

Порошковая металлургия при изготовление амортизаторов

В настоящий момент изготовление деталей из металлических порошковых смесей постепенно вытесняет традиционные литье и штамповку. Происходит это благодаря тому, что способ этот отличается экономичностью и быстротой. Материалом для порошков могут выступать и отходы металлического производства. Изделия же, получаемые данным методом, имеют высокую прочность и износостойкость. Порошковая металлургия позволяет получать точные геометрические формы. Запчасти не нуждаются в дальнейшей механической обработке.

Технология производства порошковой металлургией предполагает помещение металлических порошков в специальные формы. Они проходят термообработку в газовой среде, позволяющая повысить пластичность материала, а так же добавлять специальные полимеры. Далее под давлением производится прессование изделий, их прокатка и формовка. В ходе этого частицы металлического порошка прочно склеиваются друг с другом, образуя монолитную массу. Для того чтобы придать полученным деталям прочность и износостойкость, они подвергаются термообработке в специальных печах.

Важнейшими элементами амортизаторов являются: поршень, наконечник цилиндра, направляющие штока. Крайне важно, чтобы они имели точные размеры. Порошковая металлургия позволяет с легкостью добиться этих целей. Кроме того, компании, занимающиеся изготовлением автодеталей по этой технологии, может изготавливать любые виды спеченных поршней точно по индивидуальному заказу производителя транспортных средств или ремонтных организаций нужными партиями. Особо сложными геометрическими формами обладают направляющие штока. И здесь порошковая металлургия позволяет значительным образом облегчить изготовление деталей, снизить их себестоимость и обеспечить идеальную точность размеров.

Применение данной технологии в изготовлении амортизаторов позволяет обеспечить долговечность деталей и стабильность их работы. Это дает возможность производителям автомобилей и сервисным центрам обеспечивать безопасность эксплуатации транспортного средства.

Суть порошковой металлургии железа

Порошковая металлургия – это важная отрасль современной техники, занимающаяся производством металлических порошков и разнообразных изделий из них.

Суть порошковой металлургии заключается в том, что шихту, состоящую из специально подобранных и подготовленных порошков, прессуют в пресс-формах при давлении порядка 1000-10000 кг/см2 . Полуфабрикаты, которые получились в результате прессования имеют прочность, но зачастую недостаточную и, поэтому, получившуюся заготовку подвергают спеканию.

Необходимая механическая прочность детали достигается в результате спекания, которое проводится при температуре ниже точки плавления основного металла, входящего в смесь металлических порошков.
Таким образом, получается твердое прочное тело изделия, почти не нуждающееся в дополнительной обработке.

Технологические преимущества порошковой металлургии по сравнению с другими методами задают высокий темп развития этой отрасли.
Например, проблема производства тугоплавких материалов решилась благодаря методам порошковой металлургии и, в настоящее время, эти материалы стали основой для изготовления режущего инструмента.

Металлические порошки производятся непременно с учетом их дальнейшего использования. Поведение порошка металла и свойства готовых изделий зависят от всех физических и химических свойств порошка. По этой причине выбор способа получения металлического порошка, его гранулометрического состава, сырья для его изготовления, метода изготовления смеси порошков, гранулирования имеют большое значение.
Большое значение для получения качественных изделий имеет правильная и тщательная подготовка порошковой шихты. В большинстве случаев брак при прессовании и спекании вызывается нарушением технологических режимов на операциях подготовки шихты.

Чаще всего металлические порошки изготавливаются на предприятии, но бывает, что сам потребитель смешивает и подготавливает порошки.
В большинстве случаев редко используется порошок в чистом виде, обычно соединяются несколько видов порошков металлов, а также вводятся керамические элементы. Например, для изготовления тормозных (фрикционных) элементов, применяют шихту, в смеси которой находятся железный порошок, медный порошок, оловянный порошок. Также вводят порошок кремния, порошок свинца, цинковый порошок.

Бывает, что готовый, поступивший с производства порошок металла, все равно нуждается в специальных подготовительных операциях для придания порошку определенных физических и химических характеристик. Это необходимо, если на производстве заказчика ведется смешивание порошков с целью их напыления на особо ответственные изделия и детали (авиаремонт). Такие клиенты подготавливают порошок металла разными методами, от простой классификации до его спекания с другими элементами в среде водорода.

Предварительная обработка, термическая или механическая, имеет целью изменение физических свойств порошков, например, степени дисперсности, прессуемости и т.д.

Производят предварительный отжиг порошков с целью повышения их пластичности и прессуемости. С помощью предварительного отжига готовят никелевый порошок для повышения пластичности, а порошок железа- с целью снятия наклепа на частицах порошка, обычно, произведенного методом распыления – распыленный железный порошок марок ПЖР и ПЖРВ по ГОСТ 9849-86.
Еще одним из подготовительных методов порошков является введение пластификатором. Эта операция особо актуальна в случае, если частицы металлических порошков настолько прочны и тверды, что трудно поддаются деформации и прессованию. Например, это порошок вольфрама и порошки молибдена. При прессовании таких металлических порошков не происходит излома частиц, уплотнение достигается за счет вдавливания более мелких частиц между крупности и уменьшения общей пористости прессовки по сравнению с исходным материалом.
Для получения более прочной спрессованной заготовки и облегчения процесса прессования порошков металла, в шихту добавляется смазывающее вещество – пластификатор. Пластификатор смазывает поверхность отдельных частиц, облегчение их скольжение относительно друг друга при прессовании.
Тончайшая пленка пластификатора связывает отдельные частицы между собой и прессовка обретает некоторую дополнительную прочность, обеспечивающую некоторую сохранность формы для следующих операций.

После того, как порошки металлов прошли подготовительные операции, металлическая шихта поступает на прессование. Прессовые характеристики порошков определяют способ и режим прессования.
Процесс прессования изменяет структуру и свойства порошков: увеличивается контакт между частицами порошков, повышается прочность, уменьшается пористость порошковых тел, измельчаются скопления частиц или сами частицы, и происходит упрочнение частиц, так называемый наклеп. Любое уплотнение частиц вызывает увеличение контактной поверхности частиц. Спрессованная заготовка заданной формы поступает на стадию спекания, где достигается необходимая прочность детали.

Существенное преимущество порошковой металлургии заключается в том, что спеченная деталь почти не требует дальнейшей обработки, например, в обработке детали резанием нет нужды. Это преимущество особенно явно проявляется при массовом производстве изделий, так как при этом достигается ряд существенных экономических выгод:
• Ускоряется процесс производства деталей;
• Снижаются затраты рабочего времени;
• Отсутствует необходимость в оснащении производства парком дорогостоящих металлообрабатывающих машин;
• Отсутствуют потери металла в стружку.

Такая экономическая выгода, как отсутствие потери металла в стружку очень существенна, поскольку при других методах производства деталей, потеря металла составляет от 20% до 80% веса металла.
Приведу пример изготовления обычной шестеренки:
• При изготовлении шестеренки методом порошковой металлургии производственный процесс слагается из простых и малотрудоемких операций – покупки металлического порошка, его подготовки, прессования, спекания и калибровки.
• Для того чтобы произвести такую е шестеренку литьем с последующей обработкой, заготовки, отлитые из чугуна, подвергаются механической обработке, состоящей из сверления отверстия, обточки по наружнему и внутреннему диаметру, обработки шпоночной канавки, нарезки зубьев и окончательной отделки. Причем, последние две операции очень трудоемки.

И это только процессы обработки, которые не включают в себя предыдущие стадии технологического процесса. К тому же, расплав металла более ограничен по химическому составу, нежели многокомпонентные шихты металлических порошков, в которые можно включать керамические элементы, упрочняющие деталь.
Продолжая сравнение, замечу, что для изготовления 1000 шестерен обычным способом требуется около 30 часов труда квалифицированного рабочего, а для изготовления такого же количества методом порошковой металлургии- 10 часов труда малоквалифицированного рабочего.

Таким образом, метод порошковой металлургии при изготовлении деталей обладает большим количеством конкурентных преимуществ.

Возможность выбрать готовый железный порошок, подготовленные порошки металлов, а также порошковые супер сплавы обеспечивает создание высокотехнологичного и экономически выгодного производства.
ООО Предприятие порошковой металлургии «Урал Атомизация» осуществляет производство железных и металлических порошков и предлагает к поставке качественные порошки, произведённые из чистого первичного металла.

Обратитесь к нам и оцените преимущества работы с профессионалом в снабжении порошковыми материалами – наличие продукции на складе, быстрая отгрузка, гарантия качества, специальные цены для партнеров и возможность сделать индивидуальный заказ порошков с заданными параметрами.

Порошковая металлургия алюминия – aluminium-guide.com

Порошковая металлургия металлов

Порошковая металлургия – это многосторонняя производственная технология, которая, является:

с одной стороны, более дешевой и экологичной альтернативой традиционным методам обработки металлов;
с другой стороны, технологией, которая способна создавать материалы с химическим составом и микроструктурой, не достижимые при применении других технологий.

Типичная традиционная технология порошковой металлургии включает:

производство порошка;
прессование его в копактную заготовку для последующего спекания;
спекание частиц порошка этого «компакта» при высокой температуре.

В дополнение к этим технологическим этапам могут включаться другие технологические этапы по прессованию порошка или некоторые традиционные методы обработки металлов после операции спекания, например, ковка, прокатка, экструзия [1-3].

Порошковая металлургия в широком понимании – это умение и наука о производстве металлических порошков и применения этих порошков для изготовления заготовочных материалов и готовых изделий со сложной формой. Для решения о применении порошковой металлургии как производственного процесса есть три причины:

производить экономичные, точные и сложные детали;
производить материалы с уникальной микроструктурой и свойствами и
производить материалы, которые трудно или невозможно произвести другими способами.

Для алюминиевых сплавов порошковая металлургия может применяться по одной или более из этих трех причин, особенно по второй и третьей. Традиционные алюминиевые порошковые сплавы, которые обрабатывают по технологии «прессование-спекание», применяют в основном с целью повышения экономических показателей производства сложных деталей. С помощью этой технологии производят большинство продукции порошковой металлургии (рисунок 1).

На рисунке 2 представленные основные технологические цепочки промышленного производства деталей и изделий из порошковых металлических материалов.

Рисунок 1 – Алюминиевый изделия,
изготовленные методами порошковой металлургии [1]

Рисунок 2 – Традиционные и аддитивные технологии порошковой металлургии [2]

Новые аддитивные технологии, которые также называют «3-Д печать», также предназначены для снижения производственных расходов при изготовлении сложных деталей. Эти технологии играют все более возрастающую промышленную роль. Как показано на рисунке 1, эти сплавы, пропуская этап прессования и спекания порошка, сразу формируют готовую деталь. В порошковой металлургии также применяется технология «быстрого затвердевания» и композитные алюминиевые сплавы, многие из которых требуют дополнительных технологических этапов для получения из них готовых деталей и изделий.

Металлургия порошкового алюминия

Алюминиевые сплавы, которые создаются методами порошковой металлургии, предлагают значительные преимущества по сравнению с традиционными деформируемыми и литейными сплавами, а также обеспечивают экономичное производство изделий, которые не требуют или почти не требуют дальнейшей обработки. Однако для алюминия, как весьма реактивного металла, применение методов порошковой металлургии связано с определенными трудностями и проблемами и требует намного более пристального внимания по сравнению с традиционными порошковыми материалами на основе железа, меди или никеля [2].

Большинство традиционных алюминиевых порошковых материалов состоят из различных порошковых ингредиентов, которые смешиваются вместе в виде предварительной смеси («premix»), как показано на рисунке 2. Для изготовления изделия из порошкового металлического материала этот «премикс» сначала спрессовывается в компактную форму, которая близка или почти близка по размерам к готовому изделию. Эта форма затем спекается при повышенной температуре, что соединить частицы порошка друг с другом и может быть подвергнута другим технологическим операциям.

Изделия из алюминиевых порошковые сплавов также могут изготавливаться из смеси порошков или предварительно легированных порошков, как показано на рисунке 2. В этом случае применяется сфокусированный лазерный луч, который локально спекает или сплавляет тонкий слой порошка в заданных местах изделия. Этот процесс повторяется многократно. Эта технология называется «аддитивной» в том смысле, что изделие изготавливается путем путем добавления слоя за слоем.

Алюминиевые сплавы, которые получают путем классической технологии разливки в слитки, обычно оптимизируют путем тщательного выбора химического состава, легирующих элементов, методов изготовления и термической и термомеханической обработок. Однако возможности традиционной технологии производства алюминиевых сплавов по повышению механических, физических и химических свойств весьма ограничены из-за ее сложности и многостадийности. Такие возможности дают технологии порошковой металлургии алюминия.

Применение порошковой металлургии для производства алюминиевых сплавов имеет следующие преимущества:

Благодаря быстрому охлаждению могут быть получены более рафинированные и гомогенные микроструктуры алюминиевых сплавов.
Более широкий выбор химических составов сплавов делает возможным получение заданных свойств, таких как плотность, термическое расширение и т. п.
Технология порошковой металлургии может обеспечивать практически точные размеры готовых изделий и более высокую термическую стабильность, а также повышенное сопротивление коррозии и высокие трибологические свойства.

Производство изделий из алюминиевых порошков

Производство порошковых алюминиевых сплавов выполняется в основном двумя методами. Для химических составов с легирующими элементами, которые имеют высокую растворимость в жидком состоянии, применяется технология быстрого затвердевания. Для легирующих элементов с низкой растворимостью в жидком состоянии обычно применяется смешивание в твердом состоянии.

Изделия из алюминиевых порошковых материалов могут изготавливаться по различным технологиям, но общими этапами их производства являются следующие:

производство порошка
смешивание порошков с добавлением лубрикантов и наполнителей
холодное или горячее уплотнение, обычно с последующей дегазацией
спекание или горячее прессование
различные дополнительные обработки

Пример одного из производственных процессов порошковой металлургии алюминия от изготовления порошка до готового изделия представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Пример типичной технологии производства
алюминиевых порошковых материалов и изделий из них [3]

Области применения продукции из порошкового алюминия

Большинство порошковых алюминиевых сплавов могут подразделяться на три основных области применения изделий и деталей:

пониженная плотность;
высокая прочность;
высокая температура эксплуатации.

Снижение плотности достигается путем добавления лития. Известно, что некоторые промышленные алюминиево-литиевые сплавы (например, 2090 и 8090) производят классическим методом с выплавкой слитков. Однако методами порошковой металлургии достигают:

сверхпереохлаждения за предел равновесной растворимости лития в алюминии
повышения прочности путем дисперсного упрочнения очень мелкими частицами вторичной фазы.

Эти порошковые алюминиево-литиевые сплавы во многом способны заменить классические сплавы 2024 и 7075.

Высокопрочные сплавы производят:

методом сверхбыстрого затвердевания сплавов серии 7ххх с дополнительным легированием переходными элементами, таким как кобальт, цирконий или никель

механического легирования карбидами алюминия или оксидами алюминия чистого алюминия или сплавов алюминий-магний.

Эти сплавы предназначают для замены сплава 7075-Т6.

Сплавы для работы при повышенных температурах получают сверхбыстрым затвердеванием алюминиевых сплавов с добавками редкоземельных или переходных металлов путем механического легирования.

Несмотря на интересные технические возможности, фактический экономический интерес к порошковому алюминию в алюминиевой промышленности весьма незначительный. Главным барьером для широкого применения изделий из порошкового алюминия является их высокая стоимость – грубо в 1,5-2 раза больше, чем изделия из классических алюминиевых слитков. Это происходит из-за необходимости применения специального оборудования и мер безопасности при обращении с металлическими порошками.

Другим препятствием является малый размер заготовок, которые могут перерабатываться в изделия методами обработки металлов давлением, и ограниченная доступность. Определенным препятствием для применения компонентов из порошкового алюминия в критических несущих конструкциях из-за отсутствия надежных неразрушающих методов испытания для обнаружения малых пор или других дефектов. Промышленное применение изделий из порошкового алюминия в настоящее время в основном ограничивается [3]:

высокопрочными сплавами для деталей военных самолетов
износостойкими сплавами для автомобильных двигателей
сплавов с высоким модулем упругости для повышения жесткости деталей и изделий
высокотемпературными сплавами для двигателей, а также фюзеляжей самолетов.

Современные технологии производства алюминиевых порошков

Порошковые алюминиевые сплавы

Большинство промышленных порошковых алюминиевых сплавов основаны на деформируемых алюминиевых сплавах серий 2ххх, 4ххх, 6ххх или 7ххх, но всегда содержат легирующие добавки магния, что необходимо для снижения образования оксида алюминия на частицах порошка при его спекании [2].

Основные методы

Порошковые алюминиевые материалы могут производиться с применением несколькими методов их изготовления. Основными такими промышленными методами, то есть такими, которыми производят порошки, которые доступны на рынке, являются:

атомизация;
«прядение» расплава в ленты с последующим распылением лент в хлопья;
механическое легирование.

Атомизация

Атомизация включает формирование порошка из потока расплавленного металла, который разбивается на капли. Могут формироваться как порошки чистого алюминия, так и из предварительно легированные порошки. Фактически этим методом производится большая часть всех порошков. Важным аспектом этого метода является быстрое затвердевание порошка из расплава. Для реализации метода применяют следующие способы:

Водная атомизация
Газовая атомизация
Вакуумная атомизация
Воздушная атомизация
Центробежная атомизация

Водный и газовый способы атомизации являются основными.

Быстрое затвердевание в ленту и распыление

Другой метод производства алюминиевого порошка состоит в получении быстро затвердевшей ленты и последующего измельчения этой ленты в хлопья, которые можно спрессовывать и экструдировать.

Механическое легирование

Интересным методом для производства оксидного дисперсноупрочненного материала для применения в деталях при высоких температурах является механическое легирование. В этом методе порошок многократно сваривается, разламывается и снова сваривается.

Газовая атомизация

На рисунке 4 показана схематическая диаграмма вертикального атомизатора с применением инертного газа. Сверхперегретый расплав готовится в вакуумной индукционной печи и разливается в одно или несколько сопел. Быстро расширяющийся газ разбивает жидкую струю, которая сначала превращается в тонкий лист и затем образует пучки, эллипсоиды и сферы. Этот порошок собирается, а воздух проходит через циклон, где очищается от мелкого порошка, и уходит на повторное применение. Этот процесс газовой атомизации имеет большое количество переменных параметров, таких как:

состав сплава
скорость подачи металла
температура расплава
вязкость расплава
давление и температура газа
тип газа
геометрия сопла.

Рисунок 4 – Атомизация порошковых материалов инертным газом [3]

Главным преимуществом газовой атомизации является:

гомогенность порошкового материала,
отсутствие загрязнения благодаря атмосфере инертного газа и
сферическая форма частиц порошка.

Водная атомизация

Водная атомизация является аналогичной газовой атомизации, но струя расплавленного металла разбивается струями воды (рисунок 5). Скорость охлаждения выше, чем при газовой атомизации и, следовательно, химическая сегрегация в порошке меньше. Форма частиц порошка более неправильная, поверхность частиц более грубая и более окисленная. Повышенная скорость воды приводит к снижению среднего размера частиц.

Рисунок 5 – Водная атомизация порошковых материалов [3]

Механическое легирование

При механическом легировании применяют смесь шаров и порошка из чистого алюминия для создания микролегированного композитного порошка на аттриторе или в другом высокоэнергетической шаровой мельнице (рисунок 6).

Рисунок 6 – Механическое легирование алюминиевых порошков [3]

Многократное перемалывание, холодное сваривание, разбиение и повторное сваривание металлического порошка приводит к образованию гомогенного порошкового материала с однородным распределением включений. Хороший баланс между перемалыванием и свариванием достигается путем правильного выбора органических жидкостей, которые значительно влияют на технологию. Механически легированные порошки очень трудно поддаются спрессовыванию, так как для их холодной пластической деформации требуются большие усилия. Этот способ не является особенно производительным, но остается привлекательным, так так с его помощью могут производиться уникальные сплавы, которые применяются в основном для изделий и деталей, работающих при высоких температурах.

Преимущества быстрого затвердевания

Важной характеристикой атомизации является быстрое затвердевание порошка из расплава (10² – 10⁴К/с для газовой атомизации, 10⁴ – 10⁶ К/с для водной атомизации). Одним из явных преимуществ повышенной скорости затвердевания является измельчение микроструктурных составляющих. Зависимость между скоростью охлаждения расстоянием между ветвями дендридов приблизительно линейная (рисунок 7). Это структурное измельчение имеет важное влияние на свойства порошковых материалов таких как, повышенная прочность, более высокая усталостная прочность и повышенное сопротивление коррозии. Другим эффектом повышенной скорости охлаждения является расширение пределов растворения легирующих элементов в твердом растворе выше равновесных величин (рисунок 8). Это дает возможность получать метастабильные сплавы с химическим составом, который не может быть достигнут при классическом металлургическом методе литья слитков.

Рисунок 7 – Уменьшение расстояния между ветвями дендритов
при быстром затвердевании [3]

Рисунок 8 – Повышение растворимости легирующих элементов
при быстром затвердевании [3]

Проблема пористости

Структура и пористость порошковых алюминиевых сплавов зависит от химического состава сплава и характеристик порошка, а также технологических условий при прессовании, спекании, аддитивных процессах и вторичных операциях обработки давлением.

Практически все свойства порошковых алюминиевых сплавов зависят от их остаточной пористости, которая может снижать показатели качества до уровней ниже, чем у традиционных деформируемых или литейных сплавов. Важным является не только снижение или исключение остаточной пористости, но также полное понимание и контроль ее присутствия в деталях и изделиях.

Вторичные технологические операции, такие как ковка, прокатка и экструзия, способны повышать плотность и снижать остаточную поверхностную пористость и, тем самым, повышать многие свойства порошковых материалов. При тщательном контроле технологических параметров порошковой металлургии свойства алюминиевых порошковых материалов могут превышать свойства традиционных деформируемых алюминиевых сплавов [2].

Источники:

Powder Metallurgy / Joseph W. Newkirk // Handbook of Aluminum Volume – Physical Metallurgy and Processes, ed. G. E. Totten and D. S. MacKenzie – 2003
Powder Metallurgy Aluminum Alloys: Structure and Porosity / W. Judge and G. Kipouros // Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys, ed. G.E. Totten, M. Tiryakioğlu, O. Kessler – 2019
Aluminium Powder Metallurgy / TALAT Lecture 1401, 1994

Восстановление деталей припеканием металлических порошков

Известен метод порошковой металлургии, заключающийся в формовании детали из смесей металлических порошков и ее спекании, придающем детали не только необходимую форму, но и требуемые физико-механические свойства. Для восстановления деталей используется метод, который близко примыкает к технологии порошковой металлургии и называется припеканием металлических порошков. Первые работы в области припекания появились в 60-х годах прошлого века и проводились в дальнейшем под руководством члена-корреспондента НАН Беларуси Н. Н. Дорожкина.

Припекание — технологический процесс получения покрытий, заключающийся в нанесении на поверхность детали порошковой формовки или слоя порошка и нагреве их до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образование прочной диффузионной связи с деталью. Для припекания частиц к поверхности детали требуются иные условия, чем при спекании порошков.

Как правило, обеспечение условий спекания (применение защитно-восстановительной среды и достижение температуры спекания) еще не приводит к припеканию. Это обусловливается рядом причин: различием теплофизических свойств порошкового слоя и основы, образованием пленок, разделяющих соединяемые поверхности частиц порошка и детали, необходимостью создания надежного контактирования частиц порошка с основой в процессе припекания и т. д. Для получения на поверхности детали прочного слоя, имеющего хорошее сцепление с основой, необходимо активировать поверхность детали, порошка или того и другого одновременно.

Технологически наиболее доступными и эффективными считаются следующие процессы активирования:

химическое — введение специальных добавок, уменьшающих окисление и разрушающих оксидные пленки
температурное — ускоренный нагрев и введение присадок, снижающих температуру плавления на контактах
силовое, обеспечивающее получение надежного контакта соединяемых материалов (частиц порошка и основы)

При химическом активировании в шихту вводятся активные присадки в основном в виде дисперсного порошка, чтобы небольшое по массе и объему количество его наиболее равномерно распределилось по всей порошковой системе. Часто присадка наряду с восстанавливающим действием снижает температуру плавления. Для разных порошковых композиций используют различные присадки — бора, кремния, фосфора, никеля и др.

Температурное активирование заключается в ускоренном нагреве, который сопровождается повышением активности диффузионных процессов, созданием на некоторое время локальных температур, превышающих температуру плавления, и в снижении температуры жидкой фазы за счет присадок, образующих легкоплавкую эвтектику. Наиболее технологичным является ускоренный нагрев токами высокой частоты. Такой нагрев резко ускоряет диффузионные процессы и вследствие кратковременной выдержки, необходимой для обеспечения припекания, уменьшает окисление порошка и детали, что позволяет исключить применение защитно-восстановительных сред или вакуума.

Силовое активирование процесса необходимо во всех случаях, так как без надлежащего контакта частиц друг с другом и с поверхностью детали отсутствуют условия припекания, потому что нагрев разрозненных или находящихся в недостаточно тесном контакте частиц не обеспечивает получения спеченной системы. Силовое активирование в значительной степени ускоряет диффузионные процессы и наряду с температурным фактором является главным для получения необходимых физико-механических свойств слоев.

Имеется несколько технологических способов силового активирования:

статическое приложение нагрузки с одновременным нагревом
спекание с приложением вибраций
давление с использованием центробежных сил

Одновременное применение химического, температурного и силового активирования является наиболее эффективным путем осуществления технологического процесса припекания.

В зависимости от вида нагрева и характера прилагаемых нагрузок припекание можно разделить на несколько видов: припекание в печах, электроконтактное и индукционное припекание.

Производство Деталей Из Металлических Порошков

Visit Jinholly for Metal Parts

JINHOLLY CO., LTD. представляет собой совершенно комплексный изготовитель и экспортер, поставить Производство Деталей Из Металлических Порошков и т.д. Мы являемся профессиональной компаний, основанной на Taiwan которая занимается продукты, с широким кругом продукты. Мы обладаем высоко-квалификационной и специальной рабочой силой которая гарантирует вам современные доставки высокий уровень продукты. Если вас интересует в любых стилях наших продукты, пожалуйста контактируйте с нами.

Продукция

JINHOLLY CO., LTD.

Производство Деталей Из Металлических Порошков производителем и поставщик также ,оптовая торговля,Дистрибьюторы,OEM,ODM-над 59,998 покупатели по всему миру в bestmetalparts.com

none

999999999 http://schema.org/InStock USD 2020-12-31 https://www.bestmetalparts.com/investment-casting-materials.html

JINHOLLY CO., LTD.