Изделия порошковой металлургии и их свойства

Содержание.

Введение…………………………………………………………………..….......3

1.Производство металлических  порошков и их свойства…………….……….4

2. Изделия порошковой  металлургии и их свойства

2.1 Металлокерамические подшипники……………………...…..………......12

2.2Пористые материалы и возможности их применения в

промышленности………………………………………………………………..14

Заключение…………………………………..………………………………….16

Список использованной литературы……………………………………….…17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных  соединений, полуфабрикатов и изделий  из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного  компонента.

Позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально  новые материалы.

Основные преимущества использования  порошковой металлургии:

- снижает затраты на  дальнейшую механическую обработку,  которая может быть исключена  или существенно уменьшена. Получает  готовое изделие точное по  форме и размерам. Обеспечивает  высокое качество поверхности  изделия. 

- использует энерго и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания.

- позволяет получать изделия с уникальными свойствами, используя многокомпонентные смеси, объединяя металлические и не металлические компоненты. Изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью; Подшипники скольжения с эффектом самосмазывания.

- получает более высокие  экономические, технические и  эксплуатационные характеристики  изделий по сравнению с традиционными  технологиями.

- упрощает зачастую изготовление  изделий сложной формы.

- обеспечивает прецизионное  производство. Соответствие размеров  в серии изделий.

1. Производство  металлических порошков и их  свойства.

В настоящее время используют большое количество методов производства металлических порошков, что позволяет  варьировать их свойства, определяет качество и экономические показатели.

Условно различают два  способа изготовления металлических  порошков:

1) физико-механический;   2) химико-металлургический.

При физико-механическом способе  изготовления порошков превращение  исходного материала в порошок  происходит путём механического  измельчения в твердом или  жидком состоянии без изменения  химического состава исходного  материала. К физико-механическим способам относят дробление и размол, распыление, грануляцию и обработку резанием измельчаемого материала.

При химико-металлургическом способе изменяется химический состав или агрегатное состояние исходного  материала. Основными методами при  химико-металлургическом производстве порошков являются: восстановление окислов, электролиз металлов, термическая диссоциация  карбонильных соединений.

Измельчение твердых материалов - уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения  их под действием  внешних усилий. Различают измельчение  дроблением, размолом или истиранием.

Свойство металлических  порошков характеризуются химическими, физическими и технологическими свойствами. Химические свойства металлического порошка зависят от химического  состава, который зависит от метода получения порошка и химического  состава исходных материалов. Содержание основного металла в порошках составляет 98...99%. Допустимое количестве примесей в порошке определяется допустимым их количеством в готовой  продукции. Исключение сделано для  окислов железа, меди, никеля, вольфрама и некоторых других, которые при нагреве в присутствии восстановления легко образуют активные атомы металла, улучшающие  спекаемость порошков. В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислород, водород, азот и др.), как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления  или при последующей обработке. Газовые пленки на поверхности частиц порошка образуются самопроизвольно из-за ненасыщенности полей силовых в поверхностных слоях. С уменьшением частиц порошка увеличивается адсорбция газов этими частицами.

При восстановлении химических соединений часть газов - восстановителей  и газообразных продуктов реакции  не успевает выйти наружу и находится  либо в растворенном состоянии, либо в виде пузырей. Большое количество газов увеличивает хрупкость  порошков и затрудняет прессование. Интенсивное выделение газов  из спрессованной  заготовки при  спекании может привести к растрескиванию изделий. Поэтому перед прессованием или в его процессе применяют  вакуумирование порошка, обеспечивающее удаление значительного количества газов.

Классификация порошков - это  процесс разделения порошков по величине частиц. Порошки с различной величиной  частиц используют для составления  смеси, содержащей требуемый процент  каждого размера. Классификация  частиц размером более 40 мкм производят в проволочных ситах. Если свободный  просев затруднен, то применяют протирочные  сита. Более мелкие порошки классифицируют на воздушных сепараторах.

Приготовление смесей. В  производстве для изготовления изделий  используют смеси порошков разных металлов. Смешивание порошков есть одна из важных операций и задачей ее является обеспечение  однородности смеси, так как от этого  зависят конечные свойства изделий. Наиболее часто применяют механическое смешивание компонентов в шаровых  мельницах и смесителях. Соотношение  шихты и шаров по массе 1:1. Смешивание сопровождается измельчением компонентов. Смешивание без измельчения проводят в барабанных, шнековых, лопастных, центробежных, планетарных, конусных смесителях и установках непрерывного действия.

Равномерное и быстрое  распределение частиц порошков в  объеме  смеси достигается при  близкой по абсолютной величине плотности  смешиваемых компонентов. При  большой  разнице  абсолютной величины  плотностей  наступает  расслоение компонентов. Смешивание всегда лучше происходит в  жидкой  среде,  что не всегда экономически целесообразно из-за усложнения технологического процесса.

При приготовлении  шихты  некоторых металлических порошков высокой прочности (вольфрама,  карбидов металлов) для повышения  формуемости  в смесь добавляют пластификаторы - вещества смачивающие поверхность частиц.  Пластификаторы должны удовлетворять   требованиям:   обладать  высокой смачивающей возможностью, выгорать при нагреве без остатка,  легко растворяться в органических растворителях. Раствор пластификатора обычно заливают в перемешиваемый порошок,  затем смесь сушат для удаления растворителя. Высушенную смесь просеивают через сито.

Дозирование - это процесс  отделения  определенных объемов  смеси  порошка. Различают  объемное дозирование и дозирование по массе. Объемное дозирование  используют  при  автоматизированном формовании  изделий.  Дозирование по массе  наиболее точный способ,  этот способ обеспечивает одинаковую плотность  формования заготовок.

Для формования изделий из  порошков  применяют  следующие  способы:  прессование  в  стальной  пресс-форме,  изостатическое прессование,  прокатку порошков, мундштучное прессование, шликерное формование, динамическое прессование.

 

Прессование в стальной пресс-форме

При прессовании, происходящем в закрытом объеме (рис.6) возникает  сцепление частиц и получают заготовку требуемых формы и размеров. Такое изменение объема происходит в результате смещения  и деформации отдельных частиц и связано с заполнением пустот между частицами порошка и заклинивания  -  механического сцепления частиц.  У пластичных материалов деформация возникает вначале у приграничных контактных участков  малой площади под действием огромных напряжений,  а затем распространяется вглубь частиц.

 

Рис.6 Схема прессования  в прес-                 Рис. 7 Кривая идеального процесса

сформе (1 – матрица, 2 – пуансон,                         уплотнения.

3 – нижний пуансон, 4 –  порошек)

и схема распределения  давления по высоте.

У хрупких материалов деформация проявляется в разрушении выступов частиц. Кривая процесса уплотнения частиц порошка (рис.7) имеет три характерных участка. Наиболее интенсивно плотность нарастает на участке A при относительно свободном перемещении частиц, занимающих пустоты. После этого заполнения пустот  возникает горизонтальный участок B кривой, связанный с возрастанием давления и практически неизменяющейся плотностью т.е. неизменным объемом порошка. При достижении предела текучести при сжатии порошкового тела  начинается  деформация частиц и третья стадия процесса уплотнения (участок С! ‘ ). При перемещении частиц порошка в прессформе возникает давление  порожка на стенки. Это давление меньше давления со стороны сжимающего порошок пуансона (рис.6) из-за трения между частицами и боковой стенкой прессформы и между отдельными частицами.  Величина давления на боковые стенки зависит от трения между частицами, частицами и стенкой прессформы и равна 25...40% вертикального давления пуансона. Из-за трения на боковых стенках по высоте изделия вертикальная величина давления получается неодинаковой: у пуансона наибольшей,  а у нижней части – наименьшей (рис.6).  По этой причине невозможно получить по высоте отпрессованной заготовки равномерную плотность. Неравномерность плотности по высоте заметна в тех случаях, когда высота больше минимального поперечного сечения.

При выталкивании изделия  из прессформы из-за упругого увеличения ее поперечных размеров, размеры изделия несколько превышают размеры поперечного сечения матрицы. Величина изменения размеров зависит от величины зерен и материала порошка, формы и состояния поверхности частиц, содержания окислов, механических свойств материала, давления прессования, смазки, материала матрицы и пуансона и других параметров. В направлении действия прессующего усилия изменения размеров больше, чем в поперечном направлении.

Прессование сложных изделий, т.е. изделий с неодинаковыми размерами  в направлении прессования, связано  с трудностями обеспечения равномерной  плотности спрессованного изделия в различных сечениях. Эту задачу решают путем применения нескольких пуансонов.