Спекание порошковых металлов: Спекание порошковых материалов | Металлургический портал MetalSpace.ru

alexxlab | 06.03.1996 | 0 | Разное

Содержание

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия – научно-техническая отрасль, объединяющая в себе разноплановые методы производства порошков на основе металлов и их сплавов, соединений металлообразного типа, готовых продуктов и полуфабрикатов из них, а также миксов из них с порошками неметаллической природы без применения технологии плавления применительно к базовым компонентам.

Человечество издавна занимается производством разнообразных металлических порошков и крицы за счет восстановления металлооксидов при помощи углерода. К примеру, еще за три тысячи лет до Рождества Христова порошковое золото активно использовалось для декорирования всевозможных поверхностей. Мастера Древнего Египта и Вавилона задействовали некоторые приемы порошковой металлургии при изготовлении орудий из железа.

Начало современному периоду развития данной отрасли металлургии положил отечественный ученый Соболевский П.Г., который в сотрудничестве с Любарским В.В. в двадцатых годах девятнадцатого века разработал особый метод производства разнообразных изделий, используя платиновый порошок. После этого началось ускоренное развитие металлургии на основе порошков, поскольку она давала возможность создавать изделия с по-настоящему эксклюзивными свойствами, добиться которых иными способами было нельзя. Например, к этому числу можно отнести пористые подшипники или приспособления для фильтрации. Также стали появляться материалы, структура которых задается и материалы, в составе которых присутствуют металлы с оксидами, металлы с полимерами и т.д.

В порошковой металлургии весь объем выполняемых технологических операций можно разделить на следующие группы:

• получение базовых металлических порошков и их смешивание, в результате чего формируется шихта;
• спрессовывание порошков или сделанных из них смесей, формирование заготовок;
• спекание.

Получение

Применяемые в данной отрасли металлургии порошки включают в себя частицы, размер которых может колебаться в пределах от 1/100 до 500 мкм. Для их получения прибегают к механическим и физико-химическим методам. В первую категорию включают измельчение пребывающих в твердом состоянии металлов или металлоподобных соединений, а также диспергирование находящихся в жидком состоянии металлов и сплавов. Для дробления твердых материалов задействуют мельницы, оснащенные мелющими телами, вращающимися частями или функционирующими по ударному принципу. Характер исходного материала определяет форму получаемых путем дробления частиц: если он хрупкий, то частицы получаются осколочного вида, если пластичный – чешуйчатого. Пластическая деформация, которая характерна для раздробленных порошков, приводит к переформатированию присущих им свойств и структурному видоизменению.

Распыление (называемое также диспергированием) металлов и сплавов жидкой консистенции производят посредством струи жидкости или газа с применением форсунок различных форм. На свойства распыленных порошковидных веществ оказывает воздействие целый ряд факторов, включая поверхностное натяжение расплавленной массы, скорости, с которой осуществляется распыление, нюансов геометрии форсунок и прочего.

Распыление с применением воды нередко реализуется в азотной или аргонной среде. Таким способом происходит получение железных, чугунных, стальных, никелевых и иных порошков. Если расплавленная масса распыляется за счет находящегося под значительным давлением газа, то частицы конечного продукта будут иметь различный размер в зависимости от показателей давления, поперечного сечения исходящей струи металла, нюансов строения форсунки, природных свойств сплава.

В роли газа для распыления может выступать как просто воздух, так и азот или аргон, а также водяной пар. Существуют и другие методы для распыления металла, в частности, плазменный, а также способ разбрызгивания металлической струи в воду. Задействуются данные способы в первую очередь при изготовлении бронзовых, латунных, серебряных, оловянных и алюминиевых порошков.

В разряд методов физико-химической природы, задействуемых при получении металлических порошков, входит восстановление металлооксидов посредством воздействия на них углерода, водорода или газов с содержанием углеводородов. Существуют также металлотермические методы: восстановление оксидов, галогенидов и иных металлических соединений за счет воздействия на них другими металлами; расщепление карбонилов металлов и соединений металлоорганической природы; электролиз солевых расплавов и растворов на воде. Для получения порошков металлоподобных соединений, помимо вышеуказанных методов, прибегают к их синтезу из простых веществ.

Спрессовывание (компактирование)

Данная операция необходима для получения полуфабрикатов в виде прутков, труб, лент или отдельных заготовок, форма которых приближена к финальным изделиям. После прохождения через процедуру компактирования, сыпучий порошок преобразуется в компактный материал пористой структуры, прочность которого позволяет ему сохранять приданную форму в ходе дальнейших операций.

Базовыми методами спрессовывания являются:

• прессование с одной или двух сторон в специальных металлических матрицах;
• изостатическое прессование за счет давления газа или жидкости;
• прессование мундштучного типа;
• прокатка;
• шликерное литье;
• прессование с высокой скоростью, включая взрывное;
• инжекционное формирование.

Возможен вариант осуществления компактирования как при комнатной температуре, так и в условиях высокотемпературной среды.

При прессовании порошок уплотняется за счет того, что его частицы смещаются по отношению друг к другу и впоследствии деформируются либо разрушаются. Применение достаточно большого давления при работе с порошками пластичных металлов позволяет добиваться уплотнения главным образом за счет пластической деформации, а при работе с хрупкими металлами и их соединениями – за счет разрушения и дробления частиц. Более высокой прочностью отличаются порошки, получаемые их пластичных металлов, а для придания необходимых прочностных характеристик порошкам из хрупких металлов дополнительно используют специальные связующие жидкие компоненты.

В массовом производстве наиболее востребовано прессование порошков в жестких матрицах (прессформах) из металла, для чего используются таблетировочные, ротационные и иные пресс-автоматы с механическим или гидравлическим принципом действия.

Компактирование прокаткой подразумевает формирование заготовок в непрерывном режиме в прокатных станах, оснащенных валками. В валки порошок ссыпается сам либо подается принудительным способом. Прокатка позволяет получать листы, профили и ленты пористой структуры.

Технология изостатического прессования предполагает помещение порошка или пористых заготовок в специальную оболочку с последующим ее вакуумированием, после чего материал сжимается со всех сторон. В завершение производят декомпрессию оболочки. Изостатическое прессование, в зависимости от типа используемой рабочей среды, подразделяется на гидро- и газостатическое. Первый вариант в большинстве случаев осуществляется в условиях комнатной температуры, тогда как для второго необходимы высокие температуры. За счет изостатического прессования удается получать изделия, отличающиеся сложной формой, и имеющие предельно однородную плотность по всему объему.

Мундштучное прессование получило свое название в связи с тем, что при данном способе порошок, смешанный с пластификатором, продавливается сквозь отверстие в мундштуке. Причем в данном случае в качестве основы, вполне могут использоваться сложнопрессуемые порошки, произведенные из хрупких металлов. Результатом подобной обработки становится получение длинных заготовок, имеющих однородный состав и равномерную плотность.

Шликерное литье – метод порошковой металлургии, подразумевающий изготовление изделий из так называемых шликеров – однородных концентрированных порошковых суспензий, которым присуща высокая агрегативная и седиментационная устойчивость, хорошая текучесть.

Различают следующие виды шликерного литья:

• литье в формы пористой структуры, при котором частицы порошка увлекаются жидкостью в поры, где затем и оседают;
• горячее литье, предполагающее нагревание смеси из порошка с твердым связующим веществом до температуры, при которой данное вещество приобретает вязкую консистенцию. В таком состоянии данная смесь заливается в формы, после чего охлаждается до затвердевания;
• формирование электрофоретическим методом, при котором происходит формирование изделия за счет постепенного наращивания слоя из шликерных частиц, которые изменяют свое местоположение под влиянием электрического поля, смещаясь к форме-электроду и там осаждаясь.

Суть высокоскоростного прессования заключается в деформации порошка с высокой скоростью. Может быть взрывным, магнитно-импульсным, гидродинамическим и т.д.

Спекание

Финальной операцией изготовления изделий методом порошковой металлургии является спекание. Оно подразумевает термическую обработку заготовок в условиях, когда температура не достигает значения, необходимого для плавления, по крайней мере, одного из компонентов.

Данная процедура необходима для того, чтобы повысить плотность изделия и придать ему определенные механические и физико-химические свойства. Вначале спекания частицы проскальзывают друг по отношению к другу, между ними формируются контакты, центры частиц сближаются. В этот момент частицы еще обладают индивидуальностью, но плотность увеличивается максимально быстро. После этого тело одновременно пребывает в фазе вещества и фазе пустоты, а заканчивается все уплотнением за счет минимизации количества и размеров пор.

Для спекания в большинстве случаев используют защитную среду, представленную обычно инертными газами, восстановительную, в роли которой выступает водород или углеводородсодержащие газы, либо вакуум. Нагреваются изделия в электрических или индукционных печах либо за счет прямого пропускания тока.

Существует возможность совмещения в одном процессе спекания с прессованием: спекание, осуществляемое под давлением, горячее прессование.

Материалы и изделия

Технологии, задействуемые в порошковой металлургии, обеспечивают возможность изготовления специфических материалов, причисляемых к категории порошковых. Их классификация производится в зависимости от присущих им свойств, качеств и характеристик.

Материалы порошкового типа из разряда конструкционных служат для производства всевозможных деталей для приборов и машин с разноплановыми механизмами. Они обладают повышенной механической прочностью, и они достаточно экономичны.
Использование порошковых материалов для выпуска фильтров обусловлено тем фактом, что их можно наделить улучшенными по сравнению с иными пористыми материалами свойствами. В частности, для них характерна высокая очистительная способность при сохранении достаточной проницаемости, устойчивость к воздействию высоких температур, превосходная прочность, отличная теплопроводность, малоподверженность износу по абразивному типу.

Благодаря методам, которые задействуются в порошковой металлургии, могут быть получены фильтровальные изделия, имеющие изменяемую или регулируемую пористость, уровень проницаемости, а также степень очищения. Фильтры вместе с подшипниками пористой структуры входят в перечень основных видов пористых изделий, производимых из порошкообразных материалов.

Триботехнические материалы бывают антифрикционными и фрикционными. Первые характеризуются наличием твердой матрицы, внутри которой находится мягкотелый наполнитель. Методы порошковой металлургии обеспечивают возможность получения антифрикционных изделий, имеющих низкий и стабильный коэффициент трения, отличающихся качественной прирабатываемостью, незначительно изнашивающихся, сопротивляющихся схватыванию. Такие изделия относятся к категории самосмазывающихся, поскольку смазка помещается в их поры.

Антифрикционные материалы пригодны для производства разноплановых объемных элементов, го также отлично справляются с функцией покрытий, нанесенных на подложки. Одним из наиболее ярких примеров продуктов, изготовленных из материалов данного класса, являются подшипники скольжения.

Фрикционные материалы порошкового типа находят применение в узлах, служащих для передачи кинетической энергии. Для данных материалов характерна высокая износоустойчивость, отличные прочностные характеристики, они хорошо проводят тепло и их несложно приработать. Как правило, в состав подобных материалов включаются компоненты металлической и неметаллической природы. Первые придают готовым изделиям высокую теплопроводность и прирабатываемость, тогда как вторые необходимы для повышения коэффициента трения и минимизации вероятности заедания.

 
Твердосплавные порошковые изделия имеют в своем составе тугоплавкие карбиды, соединенные с пластичными связующими металлической природы. Они изготавливаются за счет прессования порошковых смесей и жидкофазного запекания. Твердосплавные материалы, характеризующиеся высокими прочностными свойствами, отличающиеся твердостью и слабой изнашиваемостью, могут быть вольфрамосодержащими и безвольфрамовыми. Эти сплавы служат основой для производства инструментов, применяемых при резке металла, штамповке, воздействия давлением, бурения горных пород.

Для улучшения свойства таких инструментов нередко дополнительно на их поверхность наносят покрытии из тугоплавких соединений.

Категория электротехнических материалов порошкового типа подразделяется на несколько групп: контактные, электропроводящие, магнитные и прочие. Контактные материалы позволяют создавать такие контакты, которые способны переносить до нескольких миллионов замыканий и размыканий электроцепей. Также существуют варианты контактов скользящего типа, которые задействуются при изготовлении электродвигателей, генераторов, потенциометров, токосъемников и прочих устройств.

В основе высокотемпературных материалов, получаемых методами порошковой металлургии, лежат сплавы из тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, циркония и прочих). Данные сплавы активно применяются в авиационном строительстве, радиотехнике, электронике и других наукоемких отраслях.

Находят применение порошковидные материалы и в атомной энергетической сфере, где они задействуются для изготовления поглотителей с замедлителями, а также стержней для регулировки и твэлов (тепловыделяющих элементов).

Спекание порошковых материалов – Энциклопедия по машиностроению XXL

Прочностные характеристики и показатель спекания порошковых материалов  [c.403]

Тот факт, что до настоящего времени не уделяли пристального внимания процессу коагуляции вакансий и образованию микропор можно связать только с отсутствием целенаправленного изучения этого вопроса и сосредоточением на изучении процессов удаления пор – спекания порошковых материалов. Между тем, при помощи вакансионного механизма можно существенно изменить свойства материалов. Так, например, насытив малопластичный сплав Со-30,5Ре-1,5У вакансиями, в холодном состоянии его удается прокатывать с суммарными обжатиями до 90% без внешних признаков разрушения.  [c.118]


Спекание порошковых материалов  [c.133]

Большинство Т. изготовляют спеканием порошковых материалов Т. имеют размеры от 10 мк до неск. см и фор.му цилиндрич. стержней, трубок, прямоугольных штабиков, дисков, шайб и бусинок. Электроды наносятся вжиганием Ag илп др. металлов. Бусинки имеют контакты из платиновой проволоки.  [c.169]

Контроль материалов порошковой металлургии. Гранулометрический состав, пористость, температура и продолжительность, спекания порошковых материалов могут быть проконтролированы по скорости и затуханию ультразвука. Исследованиями  [c.230]

Прокатка — один из наиболее производительных и перспективных способов переработки порошковых материалов. Порошок (рис. 8.3, а) непрерывно поступает из бункера 1 в зазор между валками. При вращении валков 3 происходит обжатие и вытяжка порошка 2 в ленту или полосу 4 определенной толщины. Процесс прокатки может быть совмещен со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок. В этом случае лента проходит через печь для спекания, а затем снова подвергается прокатке с целью придания ей заданных размеров. Ленты, идущие для приготовления фильтров и антифрикционных изделий не подвергают дополнительной прокатке. Число обжатий, необходимое для получения беспористой  [c.423]

Порошковые материалы получают методом порошковой металлургии, сущность которой состоит в изготовлении деталей из порошков металлов путем прессования и последующего спекания в пресс-формах. Применяют порошки однородные или из смеси различных металлов, а также из смеси металлов с неметаллическими материалами, например с графитом. При этом получают материалы с различными механическими и физическими свойствами (например, высокопрочные, износостойкие, антифрикционные и др.).  [c.10]

Технология изготовления ферритов во многом сходна с технологией производства порошковых материалов, за исключением спекания фер-  [c.385]

Если измельчить металл, а затем спрессовать и подвергнуть спеканию порошковую заготовку, можно достигнуть весьма высоких показателей прочности. Тех(нология порошковой металлургии позволяет получать более прочные конструкционные материалы, чем при плавке электронным лучом.  [c.72]

Третья категория компонентов – фрикционные добавки, обеспечивающие порошковому материалу требуемый коэффициент трения и оптимальный уровень зацепления с рабочей поверхностью контртела. Такие добавки должны иметь высокие температуру плавления и теплоту диссоциации, не претерпевать полиморфных превращений в заданном интервале температур, не взаимодействовать с другими компонентами материала и с защитной средой при спекании, быть достаточно прочными и твердыми, хорошо сцепляться с металлической основой. Поэтому более широко в качестве фрикционных добавок используют оксиды кремния, алюминия, железа, магния, марганца, циркония, хрома, титана и др., некоторые карбиды (кремния, бора или вольфрама), силициды (железа и молибдена), или бориды (редких металлов и др.). К материалам на бронзовой основе в качестве фрикционного компонента добавляют железо, в том числе в виде чугунной крошки, вольфрам, хром, молибден и некоторые другие. Эффективно. Введение в состав порошкового фрикционного материала некоторых интерметаллидов, например алюминия и титана.  [c.61]


Повышения качества деталей машин при сокращении трудоемкости и отходов металла можно добиться при переходе на порошковую металлургию. При изготовлении деталей из металлических порошков отпадают проблемы качества, связанные с ликвацией, растворенными газами и неметаллическими включениями. Порошковые детали однородны по структуре и механическим свойствам. Обычная технология прессования деталей из порошков и последующего спекания не позволяет получить в порошковом материале такую же прочность, какую имеет обычный прокатанный металл. Однако горячая ковка деталей из порошков в штампах дает возможность получать детали с высокой плотностью и повышенными механическими свойствами.  [c.356]

В случае спекания порошковых смесей или композиционных порошков гетерогенная структура покрытия формируется вследствие полного или частичного сохранения исходной структуры порошковых частиц. Такие покрытия получают газотермическим напылением, электро-контактной приваркой, а также гальваническим осаждением материалов. Возможности конструирования этих покрытий с различным сочетанием упрочняющих и матричных фаз значительное шире, чем у слоев, получаемых кристаллизацией из расплава. Создание композиционного покрытия базируется на основе сочетания в объеме покрытия материалов различных классов, обладающих различными исходными свойствами (металл, керамика, полимер). Природа исходных компонентов, их фазовое состояние и соотношение, состояние границы раздела фаз и создание заданной микро- и макроструктуры определяют свойства композиционного покрытия.  [c.146]

Металлические порошковые материалы (металлокерамика) — материалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимых формы и размеров и последующего спекания сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере при температуре 0,75…0,8 Эти материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.  [c.225]

В п цессе получения металлических порошковых материалов после холодного прессования материалы, а также заготовки и детали из них обладают невысокой прочностью. Спекание снимает остаточные напряжения и изменяет физические свойства, улучшая механические. Однако увеличение температуры и продолжительности спекания приводит к росту зерен, что может снизить механические свойства изделия.  [c.225]

Инструментальные металлические порошковые материалы — твердые сплавы, изготавливаемые из порошков прессованием и спеканием. Их можно разделить на две группы по содержанию вольфрама и области применения вольфрамовую и безвольфрамовую.  [c.229]

Спекание. Для спекания порошковых сплавов применяют электропечи с металлическим сопротивлением, с угольными сопротивлениями в виде труб и высокочастотные. Спекание производится в защитной атмосфере. Для спекания медных сплавов, железа и фрикционных материалов применяют защитные атмосферы, получаемые при частич ом сжигании газа. При спекании вольфрама, молибдена, твердых сплавов, магнитных и электротехнических материалов применяют водород. Температура спекания составляет примерно температуры плавления металла, например для меди 800—850° С, для железа —  [c.479]

Рис.8.4. Поверхности излома спеченных порошковых материалов а) и образование межчастичного контакта в условиях жидкофазного спекания (б)
Остаточная пористость катодов из пластичных порошковых материалов Ti, Сг, N1 и др. при прессовании на гидравлических прессах (усилие 200 тс) и последующим спеканием составляет 5—8%.  [c.129]

Рассмотрена теория пластичности необратимо уплотняющихся тел и ее приложения к расчету технологических процессов обработки давлением порошковых материалов. Исследована механика основных технологических процессов обработки давлением как в замкнутых, так и в незамкнутых объемах—изостатического прессования, спрессовывания, прокатки, экструзии и др. В рамках тевязкого течения рассмотрены вопросы локализации деформации вблизи включений при спекании, распространения деформации в неоднородных температурных полях, изостатического прессования при неизотермических условиях.  [c.2]


Хочется отметить, что в металлических порошковых материалах в процессе их спекания формируется структура, значительно отличающаяся от структуры литых и кованых металлов. Прежде всего, спеченные прессовки – это пористые изделия, в которых количество пор может изменяться от 0,5-2 до 80-90 % (объемн.). Таким образом, для порошковых металлов и сплавов пористость выступает в качестве структурной составляющей. Формой пор, их величиной, морфологией и объемным содержанием определяют физико-химические, механические и другие свойства изделия, а также область их применения. Наличие пористости обусловливает отличие свойств металлических тел от свойств литых тел того же состава. Однако величина пористости сама по себе для литых сплавов не является еще единственным фактором, влияющим на их свойства.  [c.78]

Процесс производства деталей и изделий из порошковых материалов заключается в приготовлении металлического порошка, составлении шихты, прессовании и спекании заготовок.  [c.114]

Для изготовления деталей машин порошковые материалы подвергают прессованию и спеканию. Процесс изготовления напоминает производство керамики, и поэтому иногда порошковые металлы и сплавы называют металлокерамическими.  [c.242]

Впервые метод изготовления металлов и сплавов из порошков путем их прессования и спекания был разработан русскими инженерами П. Г. Соболевским, В. В. Любарским и в Англии Волластоном. В настоящее время этот метод находит все большее применение. Он до сих пор является единственным методом получения металлов, имеющих высокие температуры плавления, например таких, как вольфрам, титан, молибден, ниобий и др., а также особо чистых металлов. При помощи порошковой металлургии изготовляют контактные и магнитные сплавы для электротехнической и радиотехнической промышленности, антифрикционные, фрикционные и твердые сплавы для машиностроительной промыш ленности, различные детали машин. Методом порошковой металлургии можно получить как заготовки, так и изделия, имеющие точные размеры и сложную форму. Применение порошковых материалов позволяет исключить из технологических процессов изготовления деталей литье и обработку резанием. Порошковая металлургия является прогрессивным методом изготовления деталей.  [c.242]

Спекание ПВМ проводят в условиях спекания порошковых материалов аналогичного состава (см. раздел 2). Рост размеров волокновых брикетов при спекании сильнее всего происходит в направлении предшествующего прессования (по высоте). В плоскости, перпендикулярной направлению формирующей силы при войлоковании и прессовании, размеры образцов увеличиваются гораздо меньше. Как по высоте (Я), так и по ширине (6) рост образцов интенсифицируется с увеличением пористости (табл. 3.4). Иная картина наблюдается  [c.190]

Предварительные замечания. Формование тонких порошков и спекание их позволяет получать так называемые изделия из порошковых материалов ). Выше уже говорилось о пресс-норошковых пластмассах, о керамике. В данном параграфе обсуждаются материалы, получаемые из металлических порошков (порошковая металлургия) и из смесей металлических порошков с порошками окислов (металлокерамические и керамико-металлические материалы). В разделе 14 4.II такие материалы уже упоминались. При помощи порошковой технологии можно получить такие материалы, которые либо вообще иначе получить невозможно (высокопрочные или жаропрочные композиты), либо получить их очень затруднительно (тугоплавкие сплавы). Вследствие применения порошковой технологии происходит удешевление производства таких ма1ериалов.  [c.369]

Порошковые материалы на различной основе Давление прессования порошка в т/см Температура спекания в С Продолжи-тельн ость спекания в ч  [c.882]

Практически важными технол. способами обработки материалов, в к-рых существ, роль играет Р., являются прокатка, ковка, волочение, зкструаин, при к-рых образуются дислокация с плотностью 10 —см” н их скопления (ячеистая структура) дробление и спекание порошковых (керамич.) материалов, при к-рых образуются субмикропоры осаждение поликристаллич. плёнок из газовой фазы или с помощью молекулярных пучков (см. Эпитаксия).  [c.326]

Порошковыми называют материалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и размеров и no лeдyюuJ,eгo спекания сформованных изделий в вакууме или заи итной атмосфере при температуре 0,75—0,8Тил . Различают пористые и компактные порошковые материалы.  [c.428]

Термины и определения, касаюш,иеся порошковой металлургии в целом (производства порошков и их свойств, формования, спекания и технологии порошковых материалов и изделий),приведены в соответствии с ГОСТ 17359-82.  [c.5]

Широко применяют порошковые материалы типа СГдС + 10, 15 или 30% Ni ( соответственно ГК-10, ГК-15 и ГК-30). Исходные порошки карбида хрома и никеля в требуемом количестве смешивают в шаровой вращающейся мельнице в спирте (400 мл/кг смеси) в течение 50 ч. После размола смесь высушивают при 50 °С в течение 1 – 2 ч, просеивают через сетку № 01 и замешивают с 6 %-ным раствором каучука в бензине (500 мл раствора на 1 кг смеси). После подсушки вентилятором в вытяжном шкафу замешанную смесь протирают через сетку № 04, снова подсушивают в течение 0,5 ч и передают на мундштучное формование. Полученные стержни (например, продавленные в матрице диаметром 70 мм через очко диаметром 8 мм при усилии 300 кН) сушат в вентилируемом сушильном шкафу при 50 – 60 °С в течение 25 – 30 ч до полного исчезновения паров бензина, после чего их помещают в графитовый патрон с каналами, диаметр которых на 1 – 2 мм больше диаметра стержня (отверстия с двух сторон закрывают графитовыми пробками), или в графитовую лодочку в засыпку из прокаленного при 1000 °С оксида алюминия. Спекание проводят в печах (например, муфельных) в защитной атмосфере (водород, конвертированный природный газ, диссоциированный аммиак) при 1250-1350 °С и изотермической выдержке 1 ч. Спеченные стержни подвергают внешнему осмотру и контролю твердости, химического и структурного составов. Для качественной наплавки сплав должен иметь гетерогенную структуру (твердый и жесткий каркас из частиц карбида хрома и равномерно распределенную между зернами карбида и вокруг них пластичную никелевую связку), плотность не ниже 5,8 г/см и твер-  [c.132]


Наряду с высокими механическнмн свойствами МС обладают хорошей коррозионной стойкостью. Возможность использования МС ограничивается относительно низкой температурой (Т р ст) их перехода при нагреве в кристаллическое состояние, наличием отпускной хрупкости, возникающей при кратко-временно.м нагреве до температур существенно ниже Ткрист. 3 также тем, что сортамент выпускаемых материалов ограничен. Изготовляются только тонкие ленты, фольга и нити, Получать массивные заготовки и изделия можно методами порошковой металлургии. Однако обычная технология — спекание порошковых заготовок — неприемлема из-за низкой термической стабильности аморфных материалов. В экспериментальном порядке образцы из аморфных порошков изготовляют взрывным прессованием.  [c.582]

Добавки УДП никеля наиболее эффективны в виде химических соединений, восстанавливающихся в процессе спекания порошкового материала. В ряду соединений NiO, Ni(N03)2, Ni 204 максимальной скоростью диффузии в железо характеризуется никель, восстановленный из оксалата. Введение 0,2…0,3 % (масс.) УДП никеля активирует процесс спекания материалов из смеси железа и никеля и повышает плотность спекаемого материала на 4 %. При этом температура спекания снижается на 200 °С, а время спекания сокращается в 4 раза. Свойства спеченных материалов представлены в табл. 4.8.  [c.278]

Цветные порошковые материалы различаются по плотности, составу, структуре и методу производства. Они могут быть компактными и пористыми по химическому составу — идентичными литым и такими, производство которых возможно только методами порошковой металлургии, одно-и многофазными. Изделия из этих материалов получают методами холодного статического прессования и спекания, горячим прессованием или горячей штамповкой. В зависимости от состава и структуры эти материалы обладают высокой тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, могут быть немагнитными, хорошо обрабатываться резанием и давлением. Марки, химические составы и основные свойства конструкционных порошковых материалов приведены в табл. 21.12и21.13на основе данных работ. Марки этих материалов обозначаются сочетанием букв и цифр. Первый буквенный индекс указывает на класс материала Ал — алюминий, Бе — берил-  [c.800]

Самосмазывающиеся подшипники получают методом порошковой металлургии из материалов различной комбинации железо — графит, железо — медь (2 – 3 %) – графит или бронза – графит. Графит вводят в количестве 1 – 4%. После спекания в материале сохраняют 15 – 35 % пор, которые затем заполняют маслом. Масло и графит смазывают трущиеся поверхности. При увеличении трения под влиянием нагрева поры раскрываются полнее, и смазочный материал поступгьет обильнее. Тем самым осуществляется автоматическое регулирование подачи смазочного материала (его запас находится в специальной камере). Такие подшипники работают при небольших скоростях скольжения (до 3 м/с), отсутствии ударных нагрузок и устанавливаются в труднодоступных для смазки местах.  [c.346]

Горячее прессование (спекание под давлением). Применение горячего прессования или спекания под давлением позволяет расширить возможности оборудования и перечень применяемых материалов. Этот метод заключается в совмещении двух основных операций прессования и спекания. Варьируя параметры процесса—давление, температуру, выдержку, скорость нагрева и нагружения,— можно в широких пределах влиять на свойства получаемых катодов. Повышение пластических свойств порошковых материалов позволяет получить высокоплотные катоды из труднопрессуемых порошковых материалов, например композиций металлов Сг, Ni, Ti с нитридом бора и другими химическими соединениями тугоплавких металлов [184, 192].  [c.129]

Методы порошковой металлургии позволяют сочетать в едпкой композиции нужные индивидуальные свойства металлических и неметаллических материалов. Некоторое уменьшение механической прочности порошковых материалов по сравнению с литыми тсомпенси-руется напрессовыванием фрикционного слоя на стальную основу и спеканием под давлением. Для лучшего сцепления с фрикционным слоем стальную основу предварительно омедняют и лудят.  [c.353]

Спекание. Для спекания порошковых сплавов применяют электропечи с металлическим сопротивлением, с угольными трубами и высокочастотные. Спекание производится в защитной атмосфере. Для спекания мед1 ых сплавов, железа и фрикционных материалов применяют защитные атмосферы, получаемые путем частичного сжигания газа. При спекании вольфрама, молибдена, твердых сплавов, магнитных и электротехнических материалов применяют водород. Температура спекания составляет примерно температуры плавления металла, например, для меди 800—8оО°, для железа 1050—1150°. Длительность спекания примерно 2—3 часа. Различаются два основных типа спекания 1) спекание однокомпонентной системы, 2) спекание многокомпонентной системы с образованием или без образования жидкой фазы. При спекании происходят следующие явления 1) повышение температуры увеличивает подвижность атомов и происходит изменение контактной поверхности частиц, которая большей частью увеличивается 2) происходит снятие напряжений в местах контакта и рекристаллизация, сопровождающаяся ростом зерна через контактные поверхности 3) восстанавливаются окислы и удаляются адсорбированные газы и жидкости в результате контакт становится металлическим.  [c.413]

Описаны методы получения металлических порошков и определения их свойств. Рассмотрены специфические для получения пористых материалов способы подготовки порошков (сфероидизация, откатка, гранулирование, покрытие частиц связующим), методы формирования с приложением давления и без него. Изложены общие закономерности управления свойствами пористых тел на стадии формования и спекания. Представлены новые оригин ные методы определения свойств пористых материалов, основанных на пластическом деформировании, катодном осаждении и осаждении мелкодисперсных частиц в спеченные заготовки, введении лиофильных добавок на стадии формирования, спекания в окислителыю-восстановительной среде и импульсом электрического тока. Изложено практическое применение пористых порошковых материалов.  [c.2]


Спекание металлов

Спекание связано с взаимной диффузией атомов в местах соприкосновения частиц. Взаимное проникновение атомов металла ускоряется при повышении температуры и применении прессования порошка металла. Порошки активных металлов можно спекать только в условиях вакуума, так как при этом на поверхности отдельных частиц не образуются пленки окислов, не остаются адсорбированные газы и водяной пар.

Кроме того, в вакууме одновременно устраняются некоторые летучие примеси, а ранее имевшиеся окислы восстанавливаются.

Для восстановления можно подавать в печь регулируемое количество водорода. Спекание в вакууме применяют в порошковой металлургии при изготовлении деталей ответственного назначения для электроники и изделий из тугоплавких металлов (тантал, ниобий молибден, вольфрам), из твердых сплавов и металлокерамики, из бериллия и двуокиси урана.

Для спекания применяют печи сопротивления и индукционные печи. На рис. 178 показана схема печи сопротивления для спекания штабиков из металлического порошка. Вакуумные печи сопротивления подобного типа можно применять как для спекания, так и для нагрева тугоплавких металлов в вакууме. Достигаемая температура нагрева ограничивается только точкой плавления металла и допускаемым расходом мощности. Применяют такие печи в основном для ниобия и тантала, а также для молибдена, рения, вольфрам и их сплавов.

Камеру печи изготовляют из высококачественной стали с двойным стенками; при спекании она охлаждается водой. Фирма Херауэс (ФРГ) применяет для откачки больших объемов газа, выделяющихся при нагреве штабика, двухроторные насосы; при этом сокращается время откачки, а следовательно, и время нагрева металла.

 

Рис. 178. Схема установки для спекания штабиков в высоком вакууме при непосредственном подводе тока (фирма Хероух,ФРГ): 1 — подвод тока; 2 — спекаемый штабик; 3 — соединение с насосом

В конце процесса требуется более высокий вакуум, так как для получения качественных изделий требуется как можно меньшее содержание газа. Окончательная откачка газа производится поэтому диффузионным насосом с ловушкой, охлаждаемой холодильной машиной.

Техническая характеристика печей сопротивления для спекания фирмы Херауэс (ФРГ)

Размеры спекаемого штабика в мм:

максимальная ширина

60

140

160

200

максимальная толщина

15

40

50

50



Максимальная поверхность в см2 . . .

250

650

1200

1900

Масса слитка в кг ….

1

6

18

45

Максимальная температура в ‘С

3000

3000

3000

3000

Максимальное напряжение в В

8

12

16

20

Максимальная сила тока в А

5000

10 000

15 000

30 000

Расход воды в л/мин . . .

30

80

150

300

Высота камеры в мм

1000

1200

1500

2500

Диаметр камеры в мм

600

800

1000

1200

Габаритные размеры установки в м:

       

ширина .

1,9

3,7

3,9

5,4

высота

2,5

3,6

3,8

6,0

длина

1.3

1,1

1,3

5,0

Общая масса в кг

2000

6000

12 000

30 000

Мощность в кВт

50

150

300

700

При использовании для спекания индукционных печей в целях экономии энергии устраивается специальная защита от излучения. На рис. 179 Показана индукционная катушка со вставленным внутрь нее вспомогательным цилиндром, который окружен металлическими пластинами, предохраняющими от излучения. Витки индукционной катушки имеют различное поперечное сечение для достижения равномерного распределения температур. Подводимая к индукционной катушке мощности зависит от характера и количества перерабатываемого материала, от мата риала тигля и вспомогательного цилиндра, тепловой изоляции и требуемых температур.

 

 

 

Приблизительные данные в зависимости от объема катушки следующие:

Объем катушки в л 10, 50, 100, 200, 400

Мощность в кВт . . . 10—25, 25—75, 25—100, 50—15,0 75—250

Напряжение в В … . 250, 250, 250, 250, 250—500

Для спекания применяют также индукционные печи с расположенно! снаружи индукционной катушкой. В этом случае реципиент изготовляют из кварца, и вокруг кварцевой трубки наматываются витки катушки. Такая печь пригодна для спекания твердых сплавов и для термообработки металлических порошков (рис. 180). Тепловая изоляция в виде крошки заполняет пространство между кварцевой трубкой и тиглем. Средний полезный объем 15 и 40 л при рабочей температуре около 2000г С.

Установки для спекания материалов снабжены специальными гидравлическими прессами. Такие прессы могут создать давление на материал до 20 кН. Высоковакуумные прессы для спекания позволяют соединять порошки сплавов, металлов и различных металлических соединений! имеющие приблизительно равную плотность без каких-либо дополнительным связующих материалов. Высоковакуумный пресс для спекания фирмы Дегусса (ФРГ) имеет два регулируемых ряда давлений пресса — от 0 до 10 кН и от 0 до 100 кН — и регулируемую скорость хода поршня.

 

Спекание порошковых материалов для – Справочник химика 21

    Спекание — уплотнение пористых порошковых заготовок под влиянием тепловой обработки. Этот процесс сопровождается увеличением истинной плотности заготовок, уменьшением пористости, изменением механических и физико-химических характеристик материала с приближением их по мере спекания к характеристикам компактного материала. Результатом спекания является получение либо компактного, либо определенной пористости материала. [c.226]
    Если пренебрегать пористостью отдельных элементов, то к системам сложения следует отнести обычный песок, гальку, гравий, ракушечник, пряжу, волокнистые материалы фильтров, бумагу, сыпучие пищевые продукты, сухие красители, иониты, набивку из колец Рашига в колоннах технологических аппаратов, макроскопические слои сорбентов и катализаторов и т. п. Сложными системами, образующимися при сочетании систем роста с системами сложения, являются, например, ткани, получающиеся из отдельных элементов в процессе ткачества. Сюда же относятся строительные материалы, которые получаются сначала сложением отдельных элементов, а затем в системе идет процесс порообразования. Аналогичным путем развивается пористая структура в процессах спекания в порошковой металлургии. Частицы порошка, первоначально сложенные друг с другом, претерпевают превращение, приводящее к пористому продукту часто с замкнутыми сферическими порами [3]. Макроскопические слои активного угля получаются сложением ранее образованного пористого материала за счет процесса роста пористой структуры активного угля. Наконец, сложными системами являются также мембранные фильтры, фильтры Гуча, керамика, пористые стекла и т. п. [c.271]

    Под термической обработкой порошков карбонильного железа подразумевается процесс их нагрева в определенной газовой среде, главным образом в восстановительной. Такой обработке подвергаются только первичные порошки, полученные непосредственно в аппарате разложения нентакарбонила железа и содержащие, как указывалось выше, значительные примеси кислорода, углерода и азота. Термическая обработка порошков карбонильного железа всегда связана с течением соответствующих химических процессов, обусловливающих изменение состава порошка и его структуры. Целью такой обработки является повышение некоторых электромагнитных свойств материала (магнитной проницаемости) или его чистоты, а в отдельных случаях спекание порошкового железа в монолитный блок. [c.133]

    Керамические материалы. Движущей силой процесса спекания является различие избыточной поверхностной энергии исходного порошкового материала и получаемого керамического изделия. Все процессы, протекающие при спекании, ведут к уменьшению энергии границы раздела. В связи с физико-химической связностью компонентов в керамическом материале имеются основания говорить о его полимерной природе, тем более, что в последнее время в наиболее ответственных изделиях используются соединения типа карбида, нитридов и др., т.е. материалы с типичной ковалентной связью. [c.34]


    Прочность реальных материалов из-за дефектов их кристаллической структуры значительно ниже прочности идеальных монокристаллов. Если диспергировать материал до частиц, размеры которых соизмеримы с расстояниями между дефектами структуры, то прочность таких высокодисперсных частиц б дет близка к прочности идеальных твердых тел. Отсюда возникла идея о повышении прочности материалов путем их измельчения с последующим свариванием, спеканием уплотненных дисперсных порошков. На основе этой идеи разработано производство новых материалов и изделий из них — порошковая металлургия, металлокерамика. О нанокристаллическом состоянии вещества см. разд. 5.5. [c.315]

    Так, например, твердые сплавы, применяемые для изготовления режущих частей инструментов, изготовляют порошковым методом из карбидов вольфрама и титана и металлического кобальта. Карбиды вольфрама и титана отличаются высокой твердостью и тугоплавкостью, но наряду с этим являются хрупкими, а кобальт обладает хорошими пластическими свойствами, поэтому при прессовании и спекании смеси частицы карбидов связываются кобальтом, образуя плотный твердый сплав. На основе глинозема и металлического хрома порошковым методом получают материал, обладающий при высокой температуре хорошей антикоррозийной стойкостью на воздухе до температуры 1200° С, а в продуктах сгорания топлива до 1600° С этот материал не поддается также воздействию жидкой стали и печных шлаков. Порошковыми методами изготовляют пористые подшипниковые втулки, постоянные магниты (на основе железа и алюминия), которые в литом состоянии обладают большой хрупкостью и не поддаются механической обработке, а также материалы для контактов электрических аппаратов и т. д. [c.303]

    Получение эталонов-сплавов осуществляется двумя путями 1) плавка материала, состоящего из смеси-шихты анализируемых компонентов для сохранения расчетного состава шихты, плавку проводят в вакууме, атмосфере инертных газов или применяют другие способы, предотвращающие изменение расчетного состава [450, 451] (для анализа особо чистых металлов, с содержанием примесей способ применяется редко) 2) применение методов порошковой металлургии, например, получение образцов спеканием прессованных смесей металлических порошков при определенных термических условиях. Термическая обработка прессованных образцов позволяет унифицировать структуру и механические свойства образцов и эталонов. [c.361]

    В некоторых случаях возможна последующая деформация, например прокатка. Возможно и технически уже разработано также непосредственное получение листового материала из порошка. Поскольку тонкие порошки металла весьма легко окисляются, естественно, что все операции при повышенных температурах необходимо проводить в высоком вакууме или инертных атмосферах (Аг, Не). В зависимости от условий прессования и спекания возможно получение как композиций различной пористости, так и достаточно компактных металлокерамических и композиционных материалов. Использование порошковой металлургии делает возможным получение  [c.332]

    Плазмотроны второй группы (рис. 2.8) имеют между электродами межэлектродную вставку из пористого материала и узел ввода газа через эту вставку электродные узлы плазмотрона такие же, как и для плазмотронов первой группы (на рисунке 1, 2 — внутренний и выходной электроды 3 — изолятор 4 — распределительная диафрагма 5 — МЭВ из пористого материала 6 — соленоид 7 — столб дуги). Пористые вставки изготавливают методами порошковой металлургии, а именно, спеканием из порошков керамических материалов, вольфрама, нержавеющей стали и т. п. При изготовлении МЭВ из электропроводного материала секции разделяют изоляторами. Если МЭВ является настолько длинной, что возможен градиент давления между входным и выходным сечениями капала, применяют дифференцированную подачу газа через пористую поверхность, чтобы обеспечить достаточный проток газа через все элементы пористой МЭВ, избежать перегрева и разрушения. Модификации плазмотрона на рис. 2.8 содержат диафрагму это позволяет работать с химически активными газами (поток ), оттесняя их от катода защитным газом (поток 2). [c.52]

    Методы порошковой металлургии пригодны для изготовления изделий и материалов, в состав которых входят металлы и материалы, не соединяющиеся друг с другом например, из порошка карбида вольфрама или карбида титана Т1С, смешанного с порошкообразным кобальтом, готовят сверхтвердые, металлокерамические сплавы. Карбиды придают этим материалам твердость, а кобальт — вязкость. Резцы, изготовленные из таких сплавов, позволяют увеличить скорость обработки металлов в 200 раз по сравнению с резцами из углеродистой стали. Из смеси порошкообразной меди и графита изготовляют щетки для электромоторов, обладающие значительной электропроводностью и прочностью из порошкообразных вольфрама и серебра готовят материал, заменяющий платину в электрических контактах из алмазной пыли и некоторых металлов готовят круги для обработки сверхтвердых материалов. Спеканием крупнозернистых порошков получают пористые материалы, используемые в автомобилях, тракторах и т. д. в качестве металлических фильтров. [c.155]


    Порошковые композиции, включающие кроме полимерного порошка органические или минеральные компоненты в твердом или жидком агрегатном состоянии, могут быть переработаны в листовой материал методами спекания или каландрования. В ряде случаев листы получают экструзией композиции через [c.89]

    Спекание порошкообразного ПВХ обычно ведут без подпрес-совки, т. е. давление спекания приближается к нулю. Температура наиболее ощутимо влияет на процесс спекания порошкового материала по сравнению с давлением и продолжительностью спекания, что согласуется с данными о том, что самодиффузия возрастает с повышением температуры по кривой, имеющей экспоненциальный характер. При варьировании давления в широких пределах требуется значительно более сложное аппаратурное оформление процесса. [c.100]

    СПЕКАЕМОСТЬ — свойство свободно насыпанного нли унлотненпого порошкообразного материала образовывать нри нагреве поликристал-лическое тело. Технологическая операция превращения порошкового материала и поликрцсталлическое тело, обладающее большей или меньшей пористостью и достаточной мех. прочностью, наз. спеканием. Осуществляется она на воздухе или в защитной газовой среде при т-ре, как правило, не ниже 0,6—0,7 от абсолютной т-ры плавления материа- [c.419]

    При дальнейшем повышении температуры материал может приобретать пластичность, что приводит к деформированию структуры даже под действием силы тяжести. Эту стадию спекания легко зафиксировать по резкому уменьшению объема тела. Пластическую деформацию можно вызвать и при более низких температурах, применив прессование при высоком давлении, что широко используется в порошковой металлургии. Таким образом, материал спекается тем легче, чем он пластичнее при температуре спекания. Различные материалы по-разному проявляют способность к пластическим деформациям. Например, железо уже при температуре, составляющей /з от температуры плавления, пластически деформируется под действием силы тяжести лед даже при температуре плавления проявляет хрупкие свойства. Поэтому чтобы вызвать пластическую деформацию, нередко при спекании необходимо достигать температур, близких к точке плавления (она может понижаться с ростом дисперсности). Оплавление пористого тела в первую очередь происходит с внеишей его поверхности. Так как заготовка, представляющая собой пористое тело, хорошо смачивается собственным расплавом, то последний по мере появления сразу же проникает внутрь пористого тела под действием капиллярных сил. Этот процесс заканчивается, когда все поры окажутся заполненными. [c.390]

    Общеизвестна роль связующего в качестве вещества, адгезионно скрепляющего частицы углеродных цорошков. Толщина прослойки и пористая структура образующегося кокса, а также характер усадочных изменений при спекании и графитации оказывают значительное влияние на формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов. Все это определяется химическими и физико-химическими параметрами связующего. Например, выход кокса находится в тесной связи со степенью ароматизации связующего. Очевидно, что условия взаимодействия порошков и связующего не имеют аналогии с эффектом нацолнения полимеров, несмотря на кажущееся сходство. В последнем случае наполнители предназначены для изменения в заданном направлении свойств полимера, являющегося основой материала. В углеграфитовых же композициях основная роль в формировании структуры и свойств принадлежит порошковым компонентам, которые, естественно, нельзя назвать наполнителями. [c.121]

    Изделия после формования спекают при таких режимах, когда хотя бы одип из комиоиситов порошковой смеси остается в твердом состоянии, В результате диффузии и рекристаллизации происходит уплотнение — материал спекается и поры затягиваются. Температура спекания составляет примерно 2/з от температуры плавления самой легкоплавкой составляющей спекаемого материала продолжительность спекания от 1 до 5 ч. [c.207]

    Изделия порошковой металлургии получают из металлических порошков, в ряде случаев с добавкой неметаллических компонентов, например, графита, карбидов, с последующим прессованием и спеканием полученных композиций. Для получения пористых изделий в исходную композицию вводят компоненты, которые затем выплавляют или выжигают. Производство деталей по такой технологии практически не имеет отходов, но требует сложной технологической оснастки. Используют как антифрикционный подшипниковый материал (железографитовый, железомеднографитовый, металлофторо-пласт) в виде втулок или вкладышей, не требующих подвода смазочного материала, в качестве фильтрующих элементов (из никеля, титана, углеродистой стали, коррозионно-стойкой стали в зависимостн от свойств среды) для очистки жидкостей и газов и в виде фрикционных материалов с повышенными коэффициентами трения, износо- и теплостойкостью. [c.101]

    Исходные сплавы получают чаще всего пирометаллургическими способами — сплавлением компонентов или алюмотермией. В последнее время используют методы порошковой м.еталлургии — спекание предварительно спрессованных смесей никелевых и алюминиевых порошков в восстановительной или инертной атмосфере при 660—700 °С. Реакции между двумя твердыми телами с образованием новой твердой фазы включают процесс диффузии, поскольку реагирующие вещества разделяются образующимся продуктом реакции [147]. Реагирующие вещества сохраняют постоянную активность с обеих сторон реакционной поверхности раздела фаз, в связи с чем скорость переноса материала определяется скоростью нарастания толщины диффузионного слоя продукта и выражается формулой [c.164]

    Т. с. получают методами порошковой металлургии (прессованием с последующим спеканием), а также нлавле-нием. Порошки металла прессуют под давлением 21—85 кгс/мм , при к-ром плотность достигает 60—70% от теоретической, после чего материал подвергают отжигу в вакууме при т-ре 1980—2500° С в течение нескольких часов. Иногда для получения более плотного материала, обладающего высокой пластичностью, отжиги чередуют с ковкой или прокаткой. В произ-ве Т. с. распространены плавка с расходуемым электродом, электроннол5 чевая и вакуумная дуговая плавки. Плавка в вакууме приводит к значительному уменьшению содержания иримесей. Более полная очистка от кислорода достигается раскислением расплава углеродом. Электроннолучевая плавка, отличающаяся сравнительно неболь- [c.496]

    Родий поставляют в виде порошка, прутков и проволоки. Выплавляют родий и его сплавы в высокочастотных, индукционных, электроннолучевых и дуговых печах или в вакууме или в среде аргона. В случае перевода родия в компактную форму методами порошковой металлургии необходимо, в первую очередь, тщательно контролировать грануляцию частиц, поскольку от иее зависит давление прессования и температура спекания. Последнее обычно проводят при 1200 С в водороде, вакууме, или на воздухе. Имеются сведения, что температура перехода родия из пластичного состояния в хрупкое ниже —196 °С, однако технический родий очень хрупок. Слитки родия деформируют при 1500 °С, а дальнейшую горячую деформацию ведут при 1200—1450 °С, причем даже в этих условиях родий интенсивно упрочняется. Монокрисгалли-ческий родий заметно пластичнее и может быть прокатан вхолодную с обжатием до 90 %. Для снятия наклепа рекомендуется отжиг родия при температуре порядка 800 С. Поскольку температура рекристаллизации родия по разным данным составляет 800— 1200 °С, отжиг при более высоких температурах приведет к возникновению рекристаллизо-ваиных зерен и падению низкотемпературной пластичности родия. Отжиг следует проводить в инертной среде, поскольку в противном случае, иа поверхности материала образуется окисная пленка. Необходимо отметить, что температура рекристаллизации, а следовательно и температуры горячей деформации существенным образом зависят от чистоты родия. Известно, например, что начало рекристаллизации родия, полученного электронно-лучевой плавкой с зонной очисткой, происходит при 600°С. Соответственно, должны быть понижены т мпера-туры промежуточных отжигов. [c.502]

    Процесс спекания широко применяется в промышленности керамических изделий и жароупорных материа-лов2°5, производстве изделий методом порошковой метал-лургии ° , производстве изделий из порошковЗ и дисперсий политетрафторэтилена .  [c.84]

    Смачивание играет важную роль во многих металлургических процессах. В порошковой металлургии широко применяется спекание тонкодисперсных керамических материалов в присутствии жидких металлов. Для спекания необходимо, чтобы жидкие металлы могли проникнуть в глубь тонких пор, в том числе непосредственно в места контактов твердых частиц. Поэтому одно из обязательных условий жидкофазного спекания заключается в хорошем смачивании частиц спекаемого материала. От степени смачивания зависит также усадка, происходящая при спекании в присутствии жидкой фазы. Усадка связана с тем, что при образовании жидкой прослойки между двумя частицами возникает (при наличии смачивания) стягивающая сила. Для сферических частиц радиусом Я максимальная стягивающая сила равна 2л ажгсоз0. Таким образом, чем лучше смачивание, тем больше усадка. В результате степень смачивания тугоплавких материалов (карбидов, окислов, графита и т. д.) жидкими металлами определяет многие эксплуатационные свойства металлокерамических материалов, в том числе их прочность [3, 128]. [c.206]

    Фильтры из пористой керамики представляют собой утрамбованную вибратором и обожженную массу, состоящую из наполнителя (шамота или кварцевого песка), связующего и ускорителя затвердевания (кремнефтористого натрия). Фильтры из пористого металла изготовляются методом порошковой металлургии путем спекания при высокой температуре порошка оловянистой или фосфористой бронзы. Фил-ьтры из этих материалов обладают достаточной механической прочностью, способны выдерживать резкие колебания температур, не корродируют в среде жидкого кислорода и не засоряют фильтруемый поток частицами материала фильтра. [c.468]


2.3. Спекание порошковых материалов

Вид термической обработки, позволяющий получить конечные свойства материала и изделия, называется спеканием. Оно заключается в нагреве и выдержке сформованного изделия (заготовки) при температуре ниже точки плавления основного компонента. Для многокомпонентных систем различают твёрдофазное и жидкофазное спекание.

Твёрдофазное спекание сопровождается возникновением и развитием связей между частицами, образованием и ростом контактов (шеек), закрытием сквозной пористости, укрупнением и сфероидизацией пор, уплотнением заготовки за счёт усадки. В процессе спекания происходит массоперенос вещества через газовую фазу за счёт поверхностной и объёмной диффузии, вязкого течения, течения, вызванного внешними нагрузками (спекание под давлением). При спекании наблюдается также рекристаллизация (рост одних зёрен за счёт других той же фазы). Уплотнение при нагреве в основном происходит за счёт объёмной деформации частиц, осуществляемой путём объёмной самодиффузии атомов.

Жидкофазное спекание протекает в присутствии жидкой фазы легкоплавкого компонента, которая хорошо смачивает твёрдую фазу, улучшает сцепление между частицами, увеличивает скорость диффузии компонентов, облегчает перемещение частиц друг относительно друга. Плохая смачиваемость препятствует уплотнению. Твёрдая фаза в зоне контакта может растворяться в жидкой, интенсифицируя процессы массопереноса. Различают системы:

  • с нерастворимыми компонентами;

  • с ограниченной растворимостью;

  • со значительной взаимной растворимостью компонентов.

Жидкофазное спекание таких систем имеет свои особенности, связанные с преобладанием одной из стадий:

  • вязкое течение жидкости – перегруппировка частиц;

  • растворение – осаждение; образование жёсткого скелета.

Совмещение процесса прессования и спекания наблюдается при горячем прессовании, которое производится при температуре (0,5…0,9)Тпл основного компонента. Высокая температура прессования позволяет снизить в несколько десятков раз давление прессования. Время выдержки составляет от 15…30 мин до нескольких часов. Горячее прессование применяют для труднопрессуемых порошков с целью получения высоких физико-механических свойств. Горячепрессованные детали имеют мелкозернистую структуру. Пресс-форму, в которой осуществляют горячее прессование, изготавливают из жаропрочных материалов, а при прессовании тугоплавких соединений – из графита, прочность которого с увеличением температуры повышается.

2.4.Свойства и области применения порошковых материалов

Антифрикционные пористые материалы изготавливают на основе порошков железа или меди с пропиткой жидкой смазкой (маслом) или с добавками твёрдой смазки (графит, свинец, дисульфид молибдена, сернистый цинк). Данные материалы обладают высокими триботехническими свойствами, хорошей прирабатываемостью, высокой теплопроводностью, достаточной вязкостью при ударной нагрузке, обеспечивают низкий коэффициент трения.

К фрикционным относят материалы с высоким коэффициентом трения. Они обладают высокой фрикционной теплостойкостью и коррозионной стойкостью. Их изготавливают на основе меди или железа с металлическими и неметаллическими компонентами для деталей, работающих в масле (75%) и при сухом трении. Фрикционные изделия состоят из стальной основы и фрикционных накладок, которые припекаются к основе под давлением.

Электротехнические материалы подразделяются на электроконтактные (металлические, металлографитовые, металлооксидные и металлокарбидные), магнитомягкие (железоникелевые сплавы, сплавы железа с кремнием и алюминием или хромом и алюминием), магнитотвёрдые (сплавы на основе Fe–Al–Ni(Co), называемые альни, альнико, магнико), магнитодиэлектрики (карбонильное железо, пермаллой, альсифер), ферриты (Fe3О4 с добавками NiO, MgO, MnO, ZnO).

Аморфные материалы, получаемые быстрым охлаждением расплава (Fe40N40P10B8O), являются новым классом магнитных материалов, из которых изготавливают магнитные экраны, трансформаторы и электродные приборы.

Спечённые конструкционные материалы изготавливаются на основе конструкционной стали (углеродистой, меднистой, кремнистой, молибденовой, хромомолибденовой), титановых и алюминиевых сплавов.

Повышение твёрдости обрабатываемых заготовок потребовало расширения диапазона используемых режущих материалов от твёрдых сплавов, минералокерамических материалов до искусственных алмазов и других сверхтвёрдых материалов, получаемых методами порошковой металлургии.

Твёрдые сплавы используют в режущих и контрольно-измерительных инструментах, рабочих вставках фильер при волочении, матрицах и пуансонах при штамповке и прессовании. В машиностроении и приборостроении широко применяют армированные твёрдыми сплавами детали. Например, в текстильной промышленности применяют твёрдые сплавы для направляющих колец и других трущихся деталей; в порошковой металлургии твёрдые сплавы используют для размольных тел и прессового инструмента.

Минералокерамику применяют для получистовой и чистовой обработки резанием чугунов, закалённых и улучшенных сталей, цветных и тугоплавких сплавов при высоких (до 800 м/мин) скоростях резания. Основу минералокерамики составляет – модификацияAl2O3 (электрокорунд) зернистостью до 1 мкм. Плотность кермета (керамики с металлической связкой) составляет 3,96 г/см3 , твёрдость – HRA до 92 единиц. Оксидокарбидная керамика имеет плотность 4,2 … 4,6 г/см3 и твёрдость – HRA 92 … 94 единицы.

Эрозионно-стойкие и потеющие материалы обладают комплексом свойств, которые невозможно получить в сплавах. Они изготавливаются на основе тугоплавких металлов или углерода в виде композиций.

Например, путём пропитки вольфрамового или углеродного каркасов жидкой медью или серебром. Детали из такого материала работают в двигателях при температуре свыше 2500 0С. Во время работы медь (серебро) испаряется, что понижает тепловой поток и улучшает условия работы вольфрамового или углеродного каркасов.

Порошковая металлургия: особенности производства – РИА Новости, 02.02.2010

Методы порошковой металлургии начали разрабатываться в XX веке для металлов, не допускающих обработки обычными методами. Так, например, вольфрам невозможно плавить и обрабатывать обычными методами литья, поскольку очень высока его температура плавления (3410° C). Поэтому, например, вольфрамовую нить для электрических ламп накаливания вытягивают из вольфрамовых штапиков, полученных прессованием и спеканием вольфрамового порошка.

Металлические порошки получают восстановлением металлов из их окислов или солей, электролитическим осаждением, распылением струи расплавленного металла, термической диссоциацией (химическая реакция обратимого разложения вещества, вызываемая повышением температуры) и механическим дроблением. Наиболее распространен способ восстановления металлов (железа, меди или вольфрама) из соответствующих окислов с последующим электрорафинированием (процесс анодного растворения загрязненного металла и последующее его катодное осаждение.

Механическим дроблением получают порошки (с частицами нужной крупности и формы) хрома, марганца, железа и бериллия.

Технологический процесс изготовления изделий из металлических порошков состоит из следующих операций: подготовка смеси для формования, формование заготовок или изделий и их спекание. Формование заготовок или изделий осуществляется путем холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре, составляющей 70-90% температуры плавления металла. В смесях максимальная когезия (взаимное притяжение между атомами, ионами или молекулами какого-либо вещества) достигается вблизи температуры плавления основного компонента, а в цементированных карбидах – вблизи температуры плавления связующего. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность и улучшаются контакты между зернами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме.

Круг изделий, изготавливаемых методами порошковой металлургии, весьма широк и непрерывно расширяется. К ним относятся зубчатые колеса, рычаги, кулачки и поршни для автомобилестроения, машиностроения, энергетики, промышленности, средств связи, строительной, горнодобывающей и авиакосмической промышленности. Из ленты, полученной холодной прокаткой никелевого порошка, изготавливают монеты (например канадский пятицентовик). Порошок железа используется в качестве носителя для тонера в ксероксах, а также в качестве одного из ингредиентов изделий из зерновых продуктов и хлеба повышенной питательности. Алюминиевый порошок служит компонентом ячеистого бетона, красок и пигментов, твердого ракетного топлива.

Процесс получения пористых проницаемых материалов спеканием электрическим током металлических порошков, волокон и сеток Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.762.04

ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ СПЕКАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ, ВОЛОКОН И СЕТОК

THE PROCESS OF OBTAINING OF POROUS PERMEABLE MATERIALS BY ELECTRIC CURRENTT SINTERING OF METAL POWDERS, FIBERS AND NETS

А. Ф. Ильющенко1, 2, И. Н. Черняк2, Р. А. Кусин 3, А. Р. Кусин2, Е. Н. Еремин4

‘Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь

2Государственное научное учреждение «Институт порошковой металлургии имени академика О. В. Романа», г. Минск, Беларусь 3Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск, Беларусь 4Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

A. Ph. Ilyushchanka1, 2, I. M. Charniak 2, R. А. Kusin 3, A. R. Kusin 2, E. N. Eremin 4

‘State research and production powder metallurgy association, Minsk, Republic of Belarus 2State Scientific Institution “O. V. Roman Powder Metallurgy Institute”, Minsk, Republic of Belarus 3Belarusian State Agriculture Technical University, Minsk, Republic of Belarus 4Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Представлены результаты процесса получения пористых проницаемых материалов на основе металлических порошков, волокон и сеток методом спекания электрическим током. Приведена методика изготовления пористых материалов на основе порошка оловянно-фосфористой бронзы марки БрO10Ф1, волокон и сеток из коррозионностойкой стали. Реализация метода не требует специального оборудования: использовалась распространенная машина точечной сварки. Представлены фотографии внешнего вида и структуры образцов и результаты исследования их свойств: пористости, коэффициента проницаемости, размеров пор. Показано, что изготовленные методом спекания электрическим током проницаемые материалы обладают удовлетворительным комплексом фильтрующих свойств и могут быть использованы для очистки жидкостей и газов.

Ключевые слова: пористые проницаемые материалы, спекание электрическим током, металлические порошки, волокна и сетки, свойства.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-191-196

I. Введение

Развитие машиностроения и других отраслей промышленности требует разработки материалов с определенным комплексом физико-химических, механических и функциональных свойств. Производство изделий методами порошковой металлургии открывает возможности регулирования структуры и исследования их свойств. Спекание электрическим током, основано на комбинированном действии электрической энергии и механического давления и позволяет осуществлять одновременное спекание и прессование порошковых материалов, в отличие от традиционных технологических процессов порошковой металлургии с раздельным выполнением этих операций [1]. Методы спекания электрическим током привлекают своей экономичностью, низкой энергоемкостью, возможностью автоматизации, высокой производительностью [2]. По сравнению с традиционными методами порошковой металлургии, они позволяют отказаться от дорогостоящей оснастки, защитной атмосферы, что обеспечивает существенную экономию энергоресурсов [1]. Кроме того, при использовании методов спекания электрическим током имеется возможность корректировки технологических режимов на этапе изготовления каждого изделия в партии.

Нагрев металлов до температуры плавления при помощи электрического тока применял русский исследователь Н.Г. Славянов в 1888 г. [3]. Спекание металлических порошков путем пропускания через них электрического тока запатентовано в 1933 г. Тейлором [4], в 1944 г. Кремер опубликовал работу [5], в которой описан метод электроконтактного спекания порошков под давлением с использованием машины для контактной сварки. Появились различные методы спекания электрическим током, которые существенно отличаются характером физических процессов [6]. Методы спекания электрическим током сгруппированы по характеру основных реализуемых электрофизических явлений с учетом некоторых принципиальных особенностей, отличающих их от

традиционных технологических методов порошковой металлургии [1]. К ним относятся различные по схемному и аппаратному оформлению и назначению методы, основанные на использовании электрической энергии или специфических физических явлений, создаваемых этой энергией. Основы процесса спекания порошков электрическим током, использование технологического оборудования и оснасток для выполнения работ рассмотрены автором [7]. При спекании прямым нагревом через порошок с помощью электродов -пуансонов пропускают электрический ток [8]. Спекание при косвенном нагреве порошка происходит за счет специфических явлений, создаваемых электрическим током [9]. Спекание комбинированным нагревом совмещает методы прямого и косвенного нагрева порошка [10]. Показано использование высоковольтного электрического разряда (ВЭР) для получения металломатричных композитов на основе порошка титана [11]. На характер протекания и результаты прямого нагрева оказывают влияние многие факторы, например, электрические параметры подводимых к электродам импульсов напряжения и тока (форма, частота, мощность и др.), конструктивно -технологические особенности электродов.

Как показал анализ известных методов спекания электрическим током пористых порошковых материалов, перспективными для получения пористых проницаемых материалов из металлических порошков являются: электроимпульсное спекание (ЭИС) [12] и электроразрядное спекание (ЭРС) [13], однако в известных источниках спекание электрическим током используется как предварительная либо промежуточная обработка порошковых материалов [13]; вопросы получения проницаемых материалов за одну стадию спекания электрическим током в них не рассматривались.

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целью настоящей работы является исследование процесса получения пористых проницаемых материалов на основе металлических порошков из оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 и волокон и сеток из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т методом спекания электрическим током.

III. ТЕОРИЯ

Процесс получения проницаемых материалов в данной работе осуществляли методом спекания электрическим током на машине точечной сварки типа МТ-2201 УХЛ4 (рис. 1). Образцы изготавливали с помощью разработанной оснастки, состоящей из специальных медных токопроводящих электродов и пуансонов, и графитовой матрицы [14], которая позволяет получать образцы в виде диска диаметром 12 и толщиной до 20 мм. Внешний вид и чертеж оснастки представлены на рис. 2.

Рис. 1. Машина точечной сварки МТ-2201 УХЛ4

Давление, при котором производился процесс спекания частиц, могло регулироваться в диапазоне от 1 до 25 МПа, что позволяло обеспечить плотное соприкосновение частиц по всему объему заготовки, и, следовательно, равномерно распределить проходящий по сечению заготовки электрический ток. б) в)

Рис. 2. Оснастка для спекания электрическим током а) схема оснастки: 1 – матрица; 2 – пуансоны; 3 – токопроводящие электроды;

4 – спекаемый материал; б) оснастка для спекания образцов; в) оснастка для спекания образцов электрическим током, установленная в машину точечной сварки

В качестве исходных материалов использовали порошок оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 (собственного изготовления), волокна и сетку из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т. Порошок имел размеры частиц (минус 1,0+0,63) мм, морфология поверхности порошка приведена на рисунке 3. Волокна (резанные из проволоки) имели диаметр 0,2 и длину от 2 до 7 мм, их морфология поверхности представлена на рис. 3б, в. Сетка имела диаметр проволоки 1,2 мм и размер ячейки 2,5 мм. Исследования морфологии поверхности исходных материалов проводили на сканирующем электронном микроскопе с высоким расширением CamScan (Англия) (рис. 4).

Рис. 3. Морфология поверхности а) частиц порошка оловянно-фосфористой бронзы фракции (минус 1,0 + 0,63) мм, полученного распылением расплава газовым потоком;

б) волокон из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т, х 100;

в) волокон из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т, х 500

Технология изготовления образцов была следующей. В графитовую матрицу устанавливали нижний пуансон. Навеску порошка или волокон засыпали в полость матрицы и устанавливали верхний пуансон, оснастку устанавливали между токопроводящими электродами машины точечной сварки (рисунок 2 в). К пуансонам через электроды прикладывали давление 5-20 МПа и производили спекание путем пропускания электрического тока. Для изготовления образцов из сеток, вырубали заготовки размером 27×27 мм и укладывали послойно непосредственно между токопроводящими электродами и пропускали электрический ток.

IV. Результаты экспериментов

Процесс спекания образцов из порошка бронзы проводили при силе тока от 7,5 до 12,3 кА и длительности пропускания тока – от 0,4 до 3,6 с. Действующее значение тока составляло 8,9 кА, плотность тока 7,87 кА/см2, число импульса сварочного тока 120, время нагревания 2,4 с.

Процесс спекания образцов из волокон проводили при силе тока от 7,5 до 11,6 кА и длительности пропускания тока – от 0,4 до 3,6 с. Действующее значение тока составляло 8,9 кА, плотность тока 7,87 кА/см2, число импульса сварочного тока 60, время нагревания 1,2 с.

Процесс спекания образцов из сеток проводили при силе тока от 6 до 12 кА и длительности пропускания тока – от 0,4 до 3,6 с. Действующее значение тока составляло 8,9 кА, плотность тока 7,87 кА/см2, число импульса сварочного тока 120, время нагревания 2,4 с.

Металлографические исследование структур проводили на световом микроскопе “MeF-3” фирмы “Reichert” (Австрия) (рис. 5). Как видно на фотографиях, процесс спекания всех материалов характеризуется хорошим образованием контактов. Внешний вид полученных образцов приведен на рис. 6, их структуры – на рис. 7.

Рис. 5. Световой микроскоп “MeF-3” фирмы “Reichert” (Австрия)

в) г)

Рис. 6. Внешний вид пористых материалов, полученных спеканием электрическим током: а, б) образец на основе порошка бронзы;

в) образец на основе волокон коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т;

г) образец на основе сетки из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т

а)

б)

в)

Рис. 7. Структуры образцов, полученных спеканием электрическим током, х 50: а) из порошка оловянно-фосфористой бронзы;

б) из волокна коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т;

в) из сеток из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т

V. Обсуждение результатов

На полученных образцах определялись пористость (по ГОСТ 18898-89), коэффициент проницаемости (по ГОСТ 25283-82) и размеры пор (по ГОСТ 26849-93). Результаты исследований показали, что для образцов из порошков оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 пористость находится в диапазоне 28-36 %, коэффициент проницаемости – (250-1850)-10-13м2, размер пор – 150-250 мкм, предел прочности при срезе -32 МПа; для образцов из волокон коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т пористость находится в диапазоне 30-39 %, коэффициент проницаемости – (40-51)-10-13м2, размер пор – 80-164 мкм, предел прочности при срезе – 35 МПа ; для образцов из сеток из коррозионно-стойкой стали пористость находится в диапазоне 27-36 %, коэффициент проницаемости – 920-1000-10-13, м2, размер пор – 350-1000 мкм, предел прочности при срезе -39 МПа.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что полученные методом спекания электрическим током образцы проницаемых материалов обладают удовлетворительным комплексом фильтрующих свойств и могут быть использованы для очистки жидкостей и газов.

Результаты исследований были использованы для изготовления сетчатого фильтра в виде диска. Основа сетчатого фильтра была изготовлена из компактного материала коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм с девятью отверстиями диаметром 2,7 мм и накладки из сетки коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т (рис. 8а). Спекание сетчатого фильтра производили при действующем значении тока – 8,9 кА, плотности тока 7,87 кА/см2, длительности пропускания тока – 2,4 с, число импульса сварочного тока составляло 120, время модулирования переднего фронта импульса тока 0,2 с, время нагревания 2,4 с. Фотографии металлографического исследования показали, что припекание накладки из сетки к компактной основе наблюдается по всему периметру изделия (рис. 8б, в), что свидетельствует о хорошем контактообразовании.

а) б) в)

Рис. 8. Сетчатый фильтр после спекания электрическим током компактной основы и сетчатой накладки из коррозионностойкой стали марки 12X18h20T: a) со стороны припеченной накладки из сетки к компактной основе; б) металлографическое исследование фильтра, со стороны компактной основы; в) металлографическое исследование фильтра на границе раздела компактная основа-отверстие

В результате можно сделать вывод, о том, что метод спекания электрическим током позволяет получать изделия с заданными свойствами, которые могут быть использованы в качестве фильтров для очистки жидкостей.

VI. Выводы и заключение

Апробирован процесс получения проницаемых материалов на основе металлических порошков на примере порошка оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 и волокон и сеток из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т методом спекания электрическим током за одну стадию. Исследованы структуры и свойства образцов, изготовленных из распыленного сферического порошка бронзы марки БрО10Ф1 и волокон и сеток из коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т. Установлено, что полученные образцы обладают удовлетворительным комплексом фильтрующих свойств: для образцов из порошков оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 пористость находится в диапазоне 28-36 %, коэффициент проницаемости -(250-1850)-10-13м2, размер пор – 150-250 мкм, предел прочности при срезе – 32 МПа; для образцов из волокон коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т пористость находится в диапазоне 30-39 %, коэффициент проницаемости – (40-51)-10-13м2, размер пор – 80-164 мкм, предел прочности при срезе – 35 МПа ; для образцов из сеток из коррозионно-стойкой стали пористость находится в диапазоне 27-36 %, коэффициент проницаемости – 920-1000-10-13, м2, размер пор – 350-1000 мкм, предел прочности при срезе – 39 МПа.

Подтверждена возможность спекания электрическим током проницаемых материалов на основе порошков бронзы и волокон из коррозионностойкой стали за одно спекание.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа финансировалась ГПНИ «Функциональные и композиционные материалы, наноматериалы» подпрограмма «Материалы в технике», задание 4.3.01, Республика Беларусь.

Научный руководитель д-р техн. наук, профессор, член-корр. НАН Беларуси А.Ф. Ильющенко.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Витязь П. А. Капцевич В. М., Белявин К. Е., Шелег В. К., Минько Д. В. Состояние и перспективы развития технологии спекания порошковых материалов электрическим током / Обзорная информация. Мн.: БелНИ-ИНТИ, 1987. 35 с.

2. Денисов Ю. А., Кочева Г. Н.,. Маслов Ю. А. Справочник сварщика / под ред. В. В. Степанова. 4-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Машиностроение, 1983. 560 с.

3. Истомин С. В. Самые знаменитые изобретатели России. М.: Вече, 2000. 469 с.

4. Patent 1896854 US Apparatus for making hard metal compositions / Taylor G. F. 1933.

5. Lenel F. V. Resistance sintering under pressure // JOM Trans. AIME. 1955. Vol. 203. P. 158-167.

6. Райченко А. И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987. 127 с.

7. Дудина Д. В. Закономерности формирования фазового состава и структуры композиционных материалов и покрытий в условиях неравновесного компактирования и импульсных воздействий: дис. … д-ра. техн. наук. Новосибирск, 2017. 305 c.

8. Кипарисов С. С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1972. 528 с.

9. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы / под ред. В. Шатта. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1983. 250 с.

10. Патент 31525 Япония. Способ агломерации. 1970.

11. Белявин К. Е., Минько Д. В., Кузнечик О. О., Решетников Н. В. Электроимпульсные процессы получения пористых материалов и покрытий // Пористые проницаемые материалы: технологии и изделия на их основе: материалы III Междунар. симпоз. Минск, Беларусь, 21-22 октября 2008 г. С. 191-196.

12. Сизоненко О. Н., Зайченко А. Д., Присташ Н. С., Липян Е. В., Торпаков А. С. Электроразрядный метод получения металломатричных композитов // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: материалы 13 -й Международной науч. -техн. конф., Минск, 16-18 мая 2018 г. Минск: Беларуская навука, 2018. С. 378-381.

13. Решетников Н. В. Получение пористых порошковых титановых имплантатов повышенной прочности методом электроразрядного спекания: дис. … канд. техн. наук. Минск, 2009. 149 с.

14. Ильющенко А. Ф., Кусин Р. А., Черняк И. Н., Дечко М. М., Кусин А. Р., Жегздринь Д. И., Голяков М. В. Получение фильтрующих элементов методом спекания электрическим током // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка: сб. докл. 9-го Междунар. симп., Минск, 8-10 апр. 2015. В 2 ч. Ч. 1. Минск: Беларуская навука, 2015. С. 109-113.

Спекание в процессе порошковой металлургии

Зоны непрерывной печи с сетчатым конвейером (Courtesy Cremer Thermoprozessanlagen GmbH)

Спекание — это термическая обработка, применяемая к порошковой прессовке для придания прочности и целостности. Температура, используемая для спекания, ниже точки плавления основного компонента материала порошковой металлургии.

После прессования соседние частицы порошка удерживаются вместе холодной сваркой, что придает прессовке достаточную «прочность в сыром виде», чтобы ее можно было обрабатывать.При температуре спекания диффузионные процессы вызывают образование и рост шейки в этих контактных точках.

Три стадии спекания в твердом состоянии: слева: начальная стадия, в центре: промежуточная стадия, справа: конечная стадия (любезно предоставлено EPMA)

Есть два необходимых предшественника, прежде чем этот механизм «твердотельного спекания» может иметь место:

  • Удаление прессовочной смазки испарением и сжиганием паров
  • Восстановление поверхностных оксидов из частиц порошка в компакте.

Эти этапы и сам процесс спекания, как правило, осуществляются в одной непрерывной печи за счет разумного выбора и зонирования атмосферы печи и использования соответствующего температурного профиля во всей печи.

 

Упрочнение спеканием

Доступны печи для спекания

, которые могут применять ускоренные скорости охлаждения в зоне охлаждения, и были разработаны марки материалов, которые могут трансформироваться в мартенситные микроструктуры при этих скоростях охлаждения.Этот процесс, вместе с последующей обработкой отпуском, известен как упрочнение спеканием, процесс, появившийся в последние годы, имеет ведущее средство повышения прочности после спекания.

 

Жидкофазное спекание

Переходное спекание в жидкой фазе

В прессовке, содержащей только частицы железного порошка, процесс спекания в твердом состоянии приведет к некоторой усадке прессовки по мере роста агломерационных шеек. Тем не менее, обычной практикой для черных металлов является добавление мелкодисперсного медного порошка для создания переходной жидкой фазы во время спекания.

При температуре спекания медь плавится, а затем диффундирует в частицы железного порошка, создавая набухание. Путем тщательного подбора содержания меди можно сбалансировать это набухание с естественной усадкой скелета железного порошка и получить материал, который вообще не меняет свои размеры во время спекания. Добавление меди также обеспечивает полезный эффект упрочнения твердого раствора.

Постоянное спекание в жидкой фазе

Для некоторых материалов, таких как цементированные карбиды или твердые сплавы, применяется механизм спекания, включающий образование постоянной жидкой фазы.Этот тип спекания в жидкой фазе включает использование добавки к порошку, которая плавится перед фазой матрицы и часто образует так называемую связующую фазу. Процесс состоит из трех этапов:

  • Перегруппировка
    По мере таяния жидкости капиллярное действие будет втягивать жидкость в поры, а также вызывать перегруппировку зерен в более выгодное расположение
  • Осаждение раствором
    В областях с высоким капиллярным давлением атомы будут предпочтительно переходить в раствор, а затем осаждаться в областях с более низким химическим потенциалом, где частицы не находятся близко или не контактируют друг с другом.Это называется контактным уплощением и уплотняет систему подобно диффузии по границам зерен при спекании в твердом состоянии. Созревание по Оствальду также происходит, когда более мелкие частицы предпочтительно переходят в раствор и осаждаются на более крупных частицах, что приводит к уплотнению.
  • Окончательное уплотнение
    Уплотнение твердой скелетной сети, перемещение жидкости из эффективно упакованных областей в поры. Чтобы постоянное спекание в жидкой фазе было практичным, основная фаза должна быть, по крайней мере, слегка растворима в жидкой фазе, а «связующая» добавка должна расплавиться до того, как произойдет какое-либо серьезное спекание сетки твердых частиц, иначе перегруппировка зерен не произойдет.

 

Порошковая металлургия и процессы спекания 101: 6 увлекательных фактов

Технология порошковых металлов на самом деле довольно интересна… Если , то вы можете разобраться во всем отраслевом жаргоне и терминологии. Для новичка, который хочет улучшить конструкцию нового или существующего компонента, знакомство с порошковой металлургией и производством порошковой металлургии может определенно сбить с толку и испугать.

Давайте проясним это. Вот несколько кратких фактов, которые облегчат вам знакомство с порошковой металлургией и процессами спекания, включая некоторые из многочисленных преимуществ порошковой металлургии.

6 фактов о порошковой металлургии и процессах спекания

1. Порошковая металлургия — экологичный производственный процесс

Около 97 % материала, поступающего в процесс порошковой металлургии, выходит из него как часть конечного продукта. Удачи в поиске подобных возможностей формы сетки в любых других производственных процессах. Это означает очень мало отходов и лома . Порошковая металлургия (ПМ) — это беспроигрышный вариант для вашего кошелька и окружающей среды.

Другие процессы обработки металлов давлением, особенно литье под давлением, оставляют отходы на нескольких этапах производства.Литейные заводы печально известны созданием:

  • Загрязнение воздуха
  • Жидкое загрязнение
  • Твердые отходы


2. Уплотнение создает компактность

Прессование порошка — это ранний этап процесса порошковой металлургии.

Все начинается со сплава железного порошка, родственного сплава или совершенно другого металлического порошка. К порошку прикладывается сильное давление, поэтому он сохраняет форму своей формы. Полученная компонента называется компактом.

Свойства, влияющие на уплотнение порошкового металла, включают:

  • Размер частиц
  • Форма
  • Состав
  • Распределение размеров

Тип порошка и способ его производства также влияют на его поведение под давлением.

Хотя это может выглядеть как ваш конечный продукт, компакт все же должен пройти спекание, чтобы полностью сплавить частицы вместе.

3. Спекание не приводит к плавлению металлического порошка

Процесс спекания в порошковой металлургии является формой термической обработки .Обычный процесс спекания нагревает материал до чуть ниже его температуры плавления. Точная температура спекания позволяет металлам сохранять свои полезные свойства, плотно сплавляя их друг с другом.

Воспринимайте спекание как стакан ледяной воды. Хотя кубики льда в конце концов тают, сначала они сливаются воедино в каждой точке контакта.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о последних достижениях в области технологий спекания.

4. Плотность имеет значение

Чем плотнее компонент, тем лучше его физические свойства.Плотность напрямую связана с пределом текучести , пределом прочности на растяжение и общей долговечностью компонентов. Мы также используем пористость для обозначения плотности компонентов.

Плотность конечного продукта зависит от нескольких факторов:

  • Трение между частицами
  • Сила уплотнения
  • Установка для спекания
  • Размер частиц

Чтобы получить компоненты с наивысшими характеристиками, производители порошковых металлов используют свой опыт, чтобы свести к минимуму трение между частицами и оптимизировать свои установки для спекания ваших материалов.

Сила уплотнения зависит от оборудования производителя, и вы можете контролировать размер частиц в своих спецификациях.

5. Шейка: не так странно, как кажется

Сужение — это тип деформации, при котором относительно большое напряжение локализуется непропорционально в определенном месте на порошковом материале. Возникающее в результате уменьшение локальной площади поперечного сечения становится «шейкой».

Когда частицы сплавляются, как лед в вашем стакане, точки контакта называются шейками . По мере увеличения сужения между частицами пространство между частицами (пористость) уменьшается. По мере уменьшения пористости плотность увеличивается. Почти во всех приложениях это хорошо.

Производители металлических порошков стремятся как можно дольше удерживать частицы металла в суженном состоянии, чтобы минимизировать пористость конечного продукта.

6. PM делает лучший магнит

Одним из новых преимуществ порошковой металлургии является ее способность улучшать магнитные характеристики электродвигателя.Но вы не можете просто бросить любой старый железный порошок в прессовальную машину и ожидать результатов.

Спеченные магнитомягкие материалы и магнитомягкие композиты — это путь вперед для роторов, статоров и многих других электромагнитных компонентов. Эти передовые материалы обеспечивают улучшенную магнитную эффективность по сравнению со сталью с электрическим ламинированием и другими конкурирующими методами.

Подробнее о спеченных магнитомягких материалах можно узнать здесь. (И больше о мягком магнитном композите в бесплатной электронной книге ниже.)

Хотите больше интересных фактов о порошковой металлургии?

Это только шесть интересных фактов о порошковых металлах. Если бы мы попытались собрать их все, нам пришлось бы написать целую книгу. (На самом деле, мы как бы сделали – это ниже.)

Если у вас есть вопросы по этой статье, спеканию или другим вопросам, связанным с порошковой металлургией, ознакомьтесь с другими нашими учебными ресурсами. (Мы одобрены PM Review.)

Если вы хотите изучить более конкретные материалы из порошкового металла, мы предлагаем вам начать с нашей любимой ветви материалов — магнитомягких композитов: они могут стать ключом к тому, чтобы вывести конструкцию вашего электродвигателя на новый уровень:

 

(Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в январе 2018 года и недавно была обновлена.)

 

высокотемпературный стальной порошковый металл

Что такое высокотемпературный порошковый металл?

High Temperature PM (или процесс спекания порошкового металла) направлен на предоставление экономически эффективной альтернативы процессам ковки, штамповки, литья и механической обработки. Он сочетает в себе процесс прессования стального порошка в больших объемах с превосходными физическими свойствами, достигаемыми за счет атмосферы с регулируемой температурой, называемой «спеканием».

Что такое Металлургия?

Проще говоря, металлургия — это процесс очистки металлов. Металлы в природе встречаются в смеси с другими минералами, такими как почва, камень или известняк. В процессе металлургии из этих минеральных смесей извлекаются металлы, чтобы получить металл в его самой чистой форме.

Повышение температуры PM Преимущества

Повышенная температура PM предлагает преимущества, которые недоступны при использовании других форм металлургии нержавеющей стали. Следовательно, компоненты ПМ быстро становятся эффективной альтернативой отливкам, поковкам и механически обработанным деталям.

Конструктивные преимущества высокотемпературной порошковой металлургии:

Высокотемпературный процесс БДМ имеет несколько преимуществ, в том числе:

  • Эффективность использования материалов: Одно из преимуществ процесса БДМ в порошковой металлургии с точки зрения затрат заключается в том, что в готовом порошкообразном изделии используется практически 100% потребляемых БДМ . Это устраняет отходы, возникающие в процессах штамповки, чистовой вырубки или механической обработки при производстве компонентов с отверстиями или различной толщины.
  • Сложные формы: Практически без дополнительных затрат компания PM может легко изготовить внутренние или внешние шлицы, шестерни, накатку или ручки. Элементы могут быть не по центру или частично сквозными, например, эксцентричные отверстия или скрытые карманы.
  • Жесткие допуски: Прецизионные штампы, пуансоны и сердечники позволяют производить компоненты сетчатой ​​формы с более жесткими допусками, чем отливки, поковки и штамповки. Компоненты из спеченной стали могут быть отчеканены или обработаны, если требуется дополнительная точность размеров.
  • Уникальные свойства материала: Нержавеющая сталь PM предлагает множество стандартных сплавов для удовлетворения большинства требований; тем не менее, можно легко изготовить нестандартные смеси любого размера для удовлетворения конкретных требований к материалам.
  • Производительность труда: Автоматические прессы с быстрым циклом непрерывно производят компоненты из порошкового металла из нержавеющей стали. В то время как сложные настройки инструментов могут быть несколько длительными, более длительные циклы прессования и непрерывное спекание эффективно амортизируют эту часть затрат.
  • Сокращенные сборки: Во многих случаях функции, которые требуют множества сложных деталей и этапов сборки, объединяются в один компонент PM, что сводит к минимуму этапы производства и снижает стоимость.

Определение процесса и истории

PM — это зрелый процесс, начавшийся с декоративных применений еще в 3000 г. до н.э. и перешедший в крупносерийное промышленное производство чуть более 100 лет назад. Достижения в области оборудования и материалов за последние 50 лет привели к значительным улучшениям.

В компонентах из нержавеющей стали

, предназначенных для работы при повышенных температурах, используются эти достижения для достижения лучших свойств по сравнению с обычными PM, при этом сохраняя экономическую выгоду по сравнению с другими процессами формовки металлов.

В то время как обычная обработка PM спекает детали до 82-88% теоретической плотности, высокотемпературные материалы тщательно обрабатываются для достижения изменения плотности в диапазоне от 88% до 94% теоретической плотности. Поскольку свойства материала, такие как удлинение, предел текучести, коррозионная стойкость и магнитные свойства, напрямую связаны с плотностью, высокотемпературные материалы значительно превосходят свои обычные аналоги.

Смешивание порошковых металлов

Действительно чистые ТЧ и добавки подобраны так, чтобы обеспечить уникальные физические свойства в соответствии с требованиями заказчика. ТЧ смешивают со смазками, которые улучшают текучесть, плотность и прочность в сыром виде. Смешивание PM в твердом состоянии дает возможность создавать широкий спектр свойств материалов, уникальных для PM.

Узнайте больше о материалах для спекания, которые мы используем:
  • Углеродистая, медная и никелевая сталь
  • Фосфористые стали
  • Низколегированная молибден-никелевая сталь
  • Низколегированные хромомарганцевые стали
  • Ферритная нержавеющая сталь
  • Аустенитная нержавеющая сталь 
  • Мартенситная нержавеющая сталь
  • Дуплексная нержавеющая сталь
  • Магнитомягкие сплавы на основе железа
  • Инструментальная сталь высокой плотности (FD)
  • Марки инженерной пористости (EP)
  • Пользовательские смеси

Уплотнение металла

ТЧ поступает из питающего башмака в полость матрицы, где несколько пуансонов сжимают его до половины исходного объема.Интенсивное уплотнение заставляет сталь сначала перестраиваться, а затем деформировать металлические частицы, создавая локальные механические связи, образуя «зеленую» деталь. Зеленые детали извлекаются и транспортируются механически, чтобы свести к минимуму повреждения при обращении. С прессами от 4 до 550 тонн, способными выполнять несколько движений, мы можем производить даже самые сложные детали из нержавеющей стали из стального порошка.

Спекание из нержавеющей стали

Наша высокотемпературная нержавеющая сталь (свыше 2300F) дает множество преимуществ, таких как улучшенная металлургическая связь, уплотнение, пластичность и энергия удара.На начальном этапе спекания удаляются связующие и смазочные материалы, а поверхность очищается от частиц металла, что обеспечивает превосходные механические свойства готового компонента из нержавеющей стали. Время при температуре обеспечивает энергию, которая преобразует механические связи в металлургические связи. Нагрев ниже точки плавления создает специально спеченные компоненты с плотностью от 88% до 94% от теоретической плотности сплава.

Процесс отделки

Прочность спеченных изделий из порошкового металла – это способность чистой формы, часто обеспечивающая готовый компонент из нержавеющей стали после операции спекания порошка из нержавеющей стали.Операции калибровки или чеканки используются для более жестких требований к размерам. Дополнительную сложность элементов можно получить, используя различные виды механической обработки, включая шлифовку, токарную обработку, фрезерование, нарезание резьбы и т. д. Пропитка маслом использует пористые каналы PM в качестве встроенного резервуара для смазки. Другие виды обработки поверхности также доступны для достижения конкретных требований.

Спекание и плавление: в чем разница?

Для тех, кто не знаком с производством и, в частности, формованием металлов, разница между плавкой и спеканием может показаться во многом смысловой.Однако важно знать, что существуют определенные различия между процессом плавления объекта и процессом спекания.

Что такое спекание?

Спекание — это процесс сплавления частиц в одну твердую массу с использованием комбинации давления и тепла без расплавления материалов. Обычные частицы, которые спекаются вместе, включают металл, керамику, пластик и другие различные материалы.

Процесс спекания в металлургии

Большинство металлов можно спекать.Порошковое спекание используется для повышения прочности и структурной целостности металлических порошков. Процесс спекания в металлургии следует за сплавлением металлических порошков вместе с другими материалами, такими как легирующие элементы, с использованием термообработки в (обычно) одной удлиненной печи с различными температурные зоны. Температура спекания всегда ниже точки плавления материалов, чтобы избежать плавления.

Процесс спекания в металлургии состоит из трех стадий.

Начальная стадия:

Первая стадия спекания металлического порошка включает в себя нагрев материалов в печи при температуре, вызывающей образование мартенситных кристаллических структур.Полного уплотнения не происходит, поскольку температура спекания недостаточно высока для расплавления частиц. Консолидацию материалов можно выполнять различными способами, в том числе с помощью инструментов для прессования материалов или лазеров для 3D-печати, которые могут частично расплавлять порошки.

Частицы также могут быть соединены холодной сваркой, чтобы придать порошку достаточную прочность для остальной части процесса спекания.

Промежуточный процесс:

Плотность частиц увеличивается, и в конце концов они сливаются.Двумя распространенными способами достижения этого являются кратковременное спекание в жидкой фазе и постоянное спекание в жидкой фазе.

Если спекание порошкового компакта включает в себя железо, то используется нестационарное спекание в жидкой фазе. В этом процессе медный порошок добавляется к железному порошку. При обычной температуре спекания медь плавится и сливается с железом, затвердевая вместе.

В постоянном жидкофазном методе добавляются жидкие материалы, такие как цементированные карбиды, которые затекают в открытые поры и трещины, дополнительно связывая материалы вместе.

Заключительный этап: 

На этой стадии порошкового спекания исходные порошковые материалы для спекания теперь стали в основном твердой формой. На заключительном этапе непрерывного жидкофазного спекания в любые открытые трещины или поры поступает больше жидкости и связующей добавки, успешно связывая упакованную массу.

В чем разница между спеканием и плавлением?

Хотя оба метода используются для объединения материалов, спекание и плавление существенно различаются.

Температура спекания и сжижение

Одним из самых больших отличий является разжижение материала.

Плавящийся материал доводится до температуры, достаточной для превращения его из твердого состояния в жидкое — материал наполняется тепловой энергией, достаточной для осуществления перехода между энергетическими состояниями. Спекаемый материал вместо этого уплотняется с использованием комбинации тепла 90 329 и давления 90 330 без фактического превышения энергетического порога, необходимого для превращения в жидкость.

Почему это важное отличие? Это важно, потому что спекание может происходить при низких температурах в правильных условиях. Возьмем, к примеру, снег. Снег, спрессованный ребенком в шарик, может быть примером спекания под давлением.

В основном, спекание может быть операцией либо давления, либо температуры, в то время как плавление – это, прежде всего, операция температуры.

Использование спекания и плавления

Хотя спекание и плавление имеют сходство, на самом деле это два разных процесса, которые имеют разные применения.

Использование спекания

Спекание имеет несколько различных применений. Одним из ключевых применений спекания является соединение металлических частиц вместе — спекание часто используется для металлов с высокой температурой плавления, поскольку для его работы не требуется достижение температуры плавления.

Некоторые устройства для 3D-печати работают путем спекания металлов по одному слою за раз для создания нестандартных металлических форм. Спекание металла для 3D-печати может помочь сэкономить энергию по сравнению с плавлением того же металла и обеспечить больший контроль и согласованность, поскольку материал не полностью сжижается.Однако это оставляет больше микроскопических зазоров, чем полное разжижение, вызванное плавлением.

Спекание также можно использовать для уменьшения пористости поверхности объекта, что может улучшить свойства некоторых материалов.

Использование плавки

Плавление

, с другой стороны, имеет множество применений в зависимости от плавящегося материала и причины его плавления. Процесс сжижения металла обычно используется при соединении двух металлов, подобно спеканию. Фактически, некоторые процессы, которые описывают себя как «спекание» (например, прямое лазерное спекание металлов), на самом деле представляют собой плавление материалов, что может быть фактором, способствующим путанице, связанной с этими двумя процессами.

Другим применением плавки является полное расплавление металлического сплава для придания ему новой формы или изменения некоторых его физических характеристик.

Например, нагревание намагниченной стали может привести к тому, что сталь потеряет свой магнетизм, нарушив выравнивание атомной структуры металла. Однако для большинства намагниченных металлов магнит не нужно полностью расплавлять, чтобы лишить его магнитных свойств — он просто должен достичь своей «температуры Кюри», которая является точкой, при которой намагниченные атомы теряют свое выравнивание.

В большинстве производственных приложений плавление чаще используется для сплавления двух объектов или преобразования металла, чем для изменения свойств объекта.

Основные выводы по спеканию и плавлению

Ключевые моменты, которые следует помнить о спекании и плавлении, включают:

  • Спекание объединяет материалы под действием тепла и давления без участия плавления.
  • Плавление объединяет частицы, нагревая их до тех пор, пока они не превратятся в жидкость и не объединятся в один материал.
  • Спекание может происходить при низких температурах, если приложено достаточное давление.
  • Спекание чаще всего используется для объединения металлов с высокой температурой плавления и для создания нестандартных металлических форм с помощью 3D-принтера, поскольку температура спекания очень низкая.
  • Плавка обычно используется для соединения металлов и изменения физических характеристик материалов

Заинтересованы в проволочных формах для процессов спекания? Узнайте больше о том, как Marlin может помочь производителям достичь своих целей с помощью точно спроектированной стальной проволоки и изделий из листового металла уже сегодня!

Производство металлов | Сырье | Порошковая металлургия

Производители по всему миру всегда стремятся создавать более эффективные металлические компоненты.Они хотят большей свободы дизайна без ущерба для стоимости. Когда традиционные методы литья больше не используются, производители обращаются к другим процессам литья, чтобы продвигать свою продукцию.

Если вы знакомы с порошковой металлургией (ПМ), то знаете, что детали изготавливаются из металла, который спрессовывается в пресс-форме, а затем спекается. Литье металлов под давлением (MIM) — это дополнительный процесс, в котором также используются металлические частицы, только гораздо более мелкие, для производства компонентов высокой плотности с гибкостью трехмерного дизайна.

Узнайте больше о процессе производства MIM здесь >>>

Отличия MIM

Материалы

PM и MIM используют одни и те же базовые порошки, и оба процесса позволяют использовать специальные сплавы, однако ключевое различие в материалах заключается в размере частиц. Более крупные порошки, используемые в ПМ, широко известны, и способ их изготовления недорог. Порошки MIM намного меньше, поэтому процесс и энергия для их изготовления — в этом диапазоне размеров — более дороги в производстве.

Стоимость металлического порошка является ключевым фактором при сравнении материалов MIM и PM. Порошки MIM обычно дороже, чем порошки PM, поскольку они мельче (-20 микрон против +100 микрон). Однако из-за более тонкого материала MIM обеспечивает значительно меньшую пористость.

Знаете ли вы? PM достигает всей плотности на этапе уплотнения (плотность 85-92%), в то время как плотность MIM достигается за счет спекания — диффузионной связи. (плотность 95%+)

Свобода дизайна

Инженеры часто путают MIM и обычные ПМ, поскольку они начинаются с порошкового металла.PM основан на одноосном уплотнении под высоким давлением. PM больше подходит для простых форм, которые легко извлекаются из полости штампа. Вот где MIM отличается. В MIM очень мало (если вообще есть) геометрических ограничений, обеспечивающих свободу трехмерного проектирования.

 Другие улучшения дизайна для компонентов MIM включают:

  • Консолидация детали
  • Одинаковая толщина стенки
  • Удаление керна и уменьшение массы
  • Отверстия и пазы
  • Подрезы
  • Резьба
  • Накатка, буквы и логотипы

Процесс спекания металла | ChinaSavvy

Процесс порошковой металлургии представляет собой смешивание мелких порошкообразных материалов (в данном случае порошкообразных металлов) и прессование этих порошков до желаемой формы.После того, как желаемая форма была достигнута, сжатая деталь нагревается в контролируемой атмосфере, что приводит к склеиванию материала.

Процесс спекания металла ChinaSavvy, также известный как процесс порошковой металлургии, разделен на три основных этапа:

  1. Смешивание
  2. Уплотнение
  3. Спекание

Примечание. См. также Дополнительные операции

.

Смешивание

Процесс начинается со смешивания порошкообразных металлов.При спекании металлов исходным материалом является порошковая смесь на основе железа. В зависимости от требуемых свойств в смесь добавляются легирующие элементы и добавки.

Порошковые смеси также содержат твердую смазку. Эта смазка нужна для того, чтобы уменьшить трение между порошковой массой и поверхностью инструмента, используемого для уплотнения.

Смешивание в процессе порошковой металлургии позволяет создать однородную смесь, обеспечивает требуемые свойства материала и обеспечивает минимальное трение на этапе уплотнения.

Уплотнение

Обычно инструменты из карбида и стали используются на этапе уплотнения, при этом нагрузка прикладывается в осевом направлении. Необходимое количество порошка определяется заранее, а затем под действием силы тяжести доставляется к инструменту.

Наполнительный башмак используется для доставки металлического порошка в полость пресс-формы, а затем уплотнения с усилием от 400 до 800 МПа. После первоначального уплотнения образовавшаяся «зеленая» часть имеет плотность от 85% до 95%.

Этот процесс позволяет прессовать сложные детали за одну операцию, сохраняя при этом относительно высокую производительность — обычно до 25 деталей в минуту.

После уплотнения изготавливаемая деталь имеет желаемую форму, но еще не окончательные размеры. По этой причине делаются допуски на усадку, возникающую на этапе спекания процесса.

Обратите внимание, что уплотнение порошка позволяет получить широкий диапазон радиальных аспектов и гибкость конструкции.

Спекание

Чтобы «зеленая» деталь, сформированная на этапе уплотнения процесса, соответствовала требуемым механическим свойствам, детали должны быть спечены.

Процесс термообработки, спекание, обычно выполняется в печи с ленточным конвейером в контролируемой атмосфере.

Теперь детали нагревают в печи до температуры, которая ниже точки плавления основных порошкообразных металлов, используемых на стадии смешивания процесса. Время нагрева варьируется в зависимости от конечного применения детали, используемых материалов и физических требований.

В процессе спекания зерна порошка «сырой» детали срастаются посредством процесса диффузии и связываются, что приводит к улучшению механических свойств детали.

Во время спекания происходит незначительная усадка (на которую были сделаны допуски на этапе уплотнения), что придает детали окончательные требуемые размеры. Обратите внимание, что свойства детали можно регулировать, регулируя скорость охлаждения детали.

Печь

Есть три зоны печи, известные как:

  1. Предварительный нагрев:
    Здесь смазка плавится, вытекает на поверхность или испаряется. Обратите внимание, что недостаточное удаление смазки может привести к образованию пузырей и нагара на деталях в зоне спекания или горячей зоне.
  2. Спекание:
    Также известно как Горячая зона. Здесь оксиды в контролируемой атмосфере уменьшаются, и происходит процесс диффузии, в котором частицы порошка связываются.
  3. Охлаждение:
    Деталь подвергается процессам охлаждения, при которых предотвращается попадание воздуха и окисление деталей.

Контролируемая атмосфера, используемая в печи для спекания:

  • Азотно-водородная атмосфера
  • Водородная атмосфера
  • Вакуум
  • Аммиак диссоциированный
  • Эндотермическая газовая атмосфера

Также изучите другие типы процессов спекания, включая селективное лазерное спекание (SLS), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), жидкофазное спекание, спекание с помощью электрического тока и спекание без давления.

Дополнительные операции

Здесь отмечены общие вторичные операции, используемые для деталей из спеченного металла:

  1. Чеканка и изменение размера
  2. Паровая обработка
  3. Термическая обработка
  4. Вакуумная или масляная пропитка
  5. Структурная инфильтрация
  6. Пропитка смолой или пластиком
  7. Обработка
  8. Шлифовка
  9. Отделка поверхности

Чеканка и изменение размера

В то время как большинство деталей почти готовы после этапа процесса спекания, некоторые детали требуют операций калибровки или чеканки, чтобы улучшить их структурные и размерные аспекты.Калибровка может уменьшить вариации размеров, в то время как чеканка может увеличить плотность детали и, следовательно, ее прочность. Обратите внимание, что некоторые материалы могут потребовать повторного спекания после процессов чеканки, чтобы повторно сплавить частицы.

Кроме того, чеканка не происходит с высокой скоростью, что негативно влияет на стоимость одной детали.

Паровая обработка

Этот процесс способен повысить устойчивость спеченной металлической детали к коррозии, твердость поверхности, износостойкость, уменьшить пористость, улучшить плотность материала и улучшить поверхность детали для процессов нанесения покрытия.

Термическая обработка

Спеченные металлические детали подвергаются термообработке с целью повышения твердости и прочности материала, а также повышения его износостойкости.

Вакуумная или масляная пропитка

Эта операция делает подшипник из спеченного металла самосмазывающимся.

Структурная инфильтрация

Эта операция способна повысить прочность, уменьшить пористость и улучшить как пластичность, так и обрабатываемость. Структурная пропитка также герметизирует детали, делая их непроницаемыми для жидкостей и газов, и используется для подготовки поверхности детали к покрытию другими металлами.

Пропитка смолой или пластиком

Эту операцию можно использовать для улучшения обрабатываемости, подготовки поверхности детали к процессам нанесения покрытия и для герметизации детали, делая ее непроницаемой для жидкости или газа.

Обработка

Процессы механической обработки здесь включают нарезание резьбы, растачивание, фрезерование, сверление, токарную обработку, нарезание резьбы и протяжку.

Шлифовка

Шлифование металлокерамических деталей включает в себя доводку, притирку и полировку.

Отделка поверхности

Сделанные для улучшения качества поверхности детали, здесь процессы включают гальваническое покрытие, галтовку, нанесение покрытия, удаление заусенцев и вибрационные процессы.

Вы также можете узнать больше о преимуществах и недостатках процесса спекания металла.

Назад на главную страницу: Производители спеченного металла

Дополнительная информация:

Процесс порошковой металлургии

Как изготавливаются детали P/M

Три основных этапа производства деталей обычной плотности методом порошковой металлургии: смешивание (сырье), прессование и спекание.Далее следует краткое объяснение каждого шага:

Первый этап: смешивание (сырье)

Мы начинаем с сертифицированных предварительно смешанных металлических порошков местного производства со смазочными материалами или другими добавками в сплавы, которые создают однородную смесь ингредиентов.

Второй этап: уплотнение

  • Контролируемое количество смешанного порошка автоматически подается под действием силы тяжести в прецизионную пресс-форму и уплотняется, как правило, при комнатной температуре.Обычно давление уплотнения составляет от 30 до 50 тонн на квадратный дюйм.
  • При прессовании рыхлого порошка получается «зеленая прессовка», которая при использовании обычных методов прессования имеет размер и форму готовой детали при выходе из пресс-формы и достаточную прочность для обработки в процессе и транспортировки в печь для спекания. Типичные методы уплотнения используют жесткие штампы, установленные в специальные механические или гидравлические прессы.

Третий этап: спекание

  • На типичном этапе спекания сырая прессовка помещается на ленту с широкими ячейками и медленно перемещается через печь с контролируемой атмосферой.Детали нагревают ниже температуры плавления основного металла, выдерживают при температуре спекания, а затем охлаждают.
  • В основном твердотельный процесс, спекание преобразует уплотненные механические связи между частицами порошка в металлургические связи. Это обеспечивает основные функциональные свойства детали P/M.
  • Детали
  • P/M обычно готовы к использованию после спекания. Однако для придания особых свойств детали могут подвергаться прессованию, пропитке, механической обработке, галтовке, гальванопокрытию, термообработке или сварке.

Варианты отделки:

Sintergy предлагает широкий выбор вариантов финишной обработки, таких как механическая обработка, нарезание резьбы, хонингование, шлифовка, галтовка, пескоструйная обработка, промасливание, термообработка и нанесение покрытия, а также ряд других возможностей.

Преимущества порошкового металла

Процесс P/M обеспечивает множество преимуществ по сравнению с конкурирующими технологиями металлообработки:

  • Форма, близкая к сетке – практически без обработки
  • Универсальность применения
  • Однородность деталей
  • Улучшение качества продукции
  • Экономичность (минимальные отходы материала)
  • Действительно «зеленый», экологически безопасный производственный процесс — большая часть P/M изготовлена ​​из переработанного материала и может быть переработана, поэтому отходы практически отсутствуют.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.