Изделия порошковой металлургии и их свойства

При прессовании кроме  стальных прессформ - основного инструмента производства  используют гидравлические универсальные или механические прессы.  Для прессования сложных изделий используют специальные многоплунжерные прессовые установки.

Изостатическое прессование - это прессование в эластичной оболочке  под  действием всестороннего  сжатия. Если сжимающее усилие создается жидкостью прессование называют гидростатическим. При гидростатическом прессовании порошок засыпают в резиновую оболочку и затем помещают ее после вакуумирования и герметизации в сосуд, в котором поднимают давление до требуемой величины.

 Мундштучное прессование  - это формование заготовок из  смеси порошка  с пластификатором  путем продавливания ее через  отверстие в матрице. В качестве  пластификатора применяют парафин,  крахмал, поливиниловый спирт,  бакелит. Этим методом получают  трубы, прутки, уголки и другие  изделия большой длины

Шликерное формование - представляет собой процесс заливки шликера в пористую форму с последующей сушкой.  Шликер в этом случае - это однородная концентрированная взвесь порошка металла в жидкости. Взвесь порошка однородна и устойчива в течение длительного времени.  Форму для ликерного литья изготовляют из гипса, нержавеющей стали, спеченного стеклянного порошка. Формирование изделия после заливки формы взвесью порошка заключается в направленном осаждении твердых частиц на стенках формы под действием направленных к ним потоков взвеси  (порошка в жидкости). 

Динамическое прессование - это процесс прессования с  использованием импульсных нагрузок. Процесс имеет  ряд  преимуществ: уменьшаются расходы на инструмент, уменьшается упругая деформация, увеличивается плотность изделий. Отличительной чертой процесса является скорость приложения нагрузки. Источником энергии являются:  взрыв заряда взрывчатого вещества,  энергия электрического разряда в жидкости,  импульсное магнитное поле,  сжатый газ,  вибрация.  В зависимости от источника энергии прессование называют   взрывным,  электрогидравлическим,  электромагнитным, пневмомеханическим и вибрационным.

Спекание.

Спеканием называют процесс  развития межчастичного сцепления и формирования свойств изделия, полученных при нагреве сформованного порошка. Плотность, прочность и другие физико-механические  свойства спеченных изделий зависят от условий изготовления: давления, прессования, температуры, времени и атмосферы спекания н других факторов.

В зависимости от состава  шихты различают твердофазное  спекание  (т.е. спекание без образования  жидкой фазы) и жидкофазное, при котором  легкоплавкие компоненты смеси порошков  расплавляются.

Твердофазное спекание. При  твердофазном спекании протекают следующие  основные процессы:  поверхностная  и объемная диффузия атомов, усадка, рекристаллизация, перенос атомов через  газовую среду.

Сокращение суммарного объема пор возможно только при объемной диффузии.  При  этом происходит  изменение геометрических размеров изделия - усадка.

Усадка при спекании может  проявляться в изменении размеров и объема  и поэтому различают линейную и объемную усадку. При спекании иногда наблюдается нарушение процесса усадки.

Это нарушение выражается в недостаточной степени усадки  или  в увеличении объема. Рекристаллизация при спекании  приводит к росту  зерен и уменьшению суммарной  поверхности частиц, что энергетически  выгодно. Однако рост зерен ограничен  тормозящим влиянием посторонних включении  на поверхностях зерен:  порами, пленками, примесями. Различают рекристаллизацию внутризеренную и межчастичную.

Влияние некоторых  технологических  параметров на свойства спеченных тел. Свойства исходных порошков - величина частиц, их форма,  состояние поверхности, тип окислов и степень совершенства кристаллического строения - определяют скорость изменения плотности и  свойства спрессованных  изделий.  При одинаковой плотности спеченных  изделий механические и электрические  свойства  тем выше,  чем меньше были частицы порошка,  шероховатость  поверхности частиц и дефекты  кристаллического строения способствуют усилению диффузии, увеличению плотности  и прочности изделия.  Структура  изделии спеченных из токоизмельченных  порошков отличается наличием большого числа крупных зерен, образовавшихся в результате рекристаллизации при спекании.  Увеличение давления  прессования приводит к уменьшению усадки (объемной и линейной),  повышению всех показателей прочности -  сопротивлению разрыву и сжатию, твердости. С повышением температуры плотность и прочность спеченных изделий в общем возрастает  тем быстрее, чем ниже было давление прессования. Выдержка при постоянной температуре вызывает  сначала резкий,  а затем более медленный рост  плотности,  прочности и других свойств спеченного изделия. Наибольшая прочность достигается за сравнительно  короткое  время  и  затем почти не увеличивается.  Плотность изделий выше при спекании  в  восстановительной, чем при спекании в нейтральной среде. Очень полно и быстро проходит спекание в вакууме,  которое по сравнения со спеканием в нейтральной среде обычно начинается при более низких температурах и дает повышенную плотность изделия.

Интенсификация процесса спекания достигается специальными приемами.  Для этого используют химические и физические способы  активирования спекания.  Химическое активирование заключается в  изменении состава атмосферы  спекания. Так например добавка в атмосферу спекания хлористых или фтористых соединений способствует  активному соединению с ними выступов частичек, а образующиеся соединения  снова восстанавливаются до  металла, атомы которого конденсируются в местах с минимальным запасом свободной энергии. В настоящее время широко применяют физические способы активирования спекания:  циклическое изменение температуры,  воздействие вибраций или ультразвука,  облучение прессовок, наложение сильного магнитного поля.

Жидкофазное спекание.  При  жидкофазном спекании в случае смачивания жидкой фазой твердой фазы увеличивается  сцепление твердых частичек, а  при плохой смачиваемости жидкая фаза тормозит процесс спекания, препятствуя уплотнению. Смачивающая жидкая фаза приводит к увеличению скорости диффузии компонентов и облегчает перемещение частиц твердой фазы. При жидкофазном спекании можно получить практически беспористые изделия. Различают спекание с жидкой фазой, присутствующей до конца процесса спекания,  и спекание с жидкой фазой, исчезающей вскоре после ее появления, когда конечный период спекания происходит в твердой фазе.

2.Изделия порошковой  металлургии и их свойства:

2.1 Металлокерамические подшипники:

Металлокерамические материалы  являются в ряде случаев эффективными заменителями антифрикционных подшипниковых сплавов - бронзы, латуни и др.В подшипниках скольжения находят применение следующие металлокерамические материалы: бронзографит, пористое железо и пористый железографит.

Одно из основных преимуществ  металлокерамических вкладышей  заключается в наличии в них  пор, способствующих образованию устойчивой масляной пленки в подшипнике. В  результате предварительной пропитки вкладыша (втулки) в нагретом масле  большое количество капилляров вкладыша заполняется маслом и благодаря  этому трущаяся поверхность обеспечивается смазочной пленкой в течение  длительного времени.

Различные режимы работы требуют  применения металлокерамических подшипников  с различной степенью пористости. Для тяжелых условий работы (ударные  нагрузки, высокие скорости), при  которых нужна повышенная механическая прочность опоры, следует применять  подшипники из мелких порошков (обладающие более высокими механическими и  антифрикционными качествами, чем подшипники из крупных порошков) с низкой пористостью. Для средних нагрузок рекомендуется  пористость 22 - 28%. Для работы без  дополнительной смазки желательно применение подшипников из крупных порошков пористостью 25 - 35%. Чем больше пластичность и чем меньше пористость спеченного порошкового металла, тем больше он приближается по свойствам к компактному  металлу.

Для подшипников пористостью 15 - 20% допускаемые удельные нагрузки могут быть повышены против указанных  на 20 - 30%. При работе металлокерамических  подшипников со скоростью v< 1 м/сек применяется консистентная смазка, при больших скоростях – жидкие минеральные масла. Подводить масло рекомендуется через такие же смазочные канавки, как у подшипников из литых металлов.

Для тонкостенных втулок с  повышенной пористостью применяется  также подпитка подшипника через  наружную стенку.

Пористые железографитовые подшипники изготавливают преимущественно  в виде цилиндрических втулок и поставляют в готовом к установке виде. При назначении толщины стенки исходят  из условий прочности и способности  материала впитывать масло.

2.2 Пористые материалы  и возможности их применения  в промышленности.

К группе пористых относятся  антифрикционные, фрикционные материалы, фильтры и так называемые "потеющие" материалы.

Бронзовые фильтры обычно изготавливаются из порошков со сферической  формой частиц, полученных путем распыления жидкого металла. Бронзовые фильтры  находят широкое применение в  промышленности для очистки жидкого  горючего в дизелях и реактивных двигателях, смазочных материалов и  сжатых газов от твердых примесей размерами 5 – 200мкм, а также для  очистки разбавленных кислот и щелочей, расплавленного парафина и т.д.

Пористые материалы, изготавливаемые  из порошков электролитического и карбонильного  никеля методом прессования и  последующего спекания при температуре 1000 – 1100 С, предназначены для работы в качестве фильтров и пористых электродов. Последние находят широкое применение в электрохимии и катализе. Так, щелочные аккумуляторы, электроды которых представляют собой высокопористые никелевые пластины, по сравнению с обычными аккумуляторами имеют меньший вес и габариты. Большое применение находят фильтры из нержавеющей стали, которые обладают более высокой коррозионной стойкостью и значительно дешевле чистого никеля. Применение пористых материалов для борьбы с обледенением самолетов позволяет снизить на 50% расход антифриза.  Использование пористого титана в различных отраслях техники обусловлено рядом его ценных свойств, главным из которых является высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах и высокая удельная прочность. Титановые пористые материалы получают из порошков с размером частиц менее 60 мкм. С наполнителем, а также из электролитического порошка с размером частиц до 1 мм без наполнителя.

Пористое охлаждение - один из эффективных способов охлаждения высокотемпературных узлов и  механизмов. Испарительное охлаждение предусматривает принудительное пропускание  жидкости через пористую среду. В  этом случае тепло, выделяющееся на поверхности  пористого тела, поглощается и  рассеивается испарительным охлаждающим  устройством.. Детали из пористого металла могут использоваться для создания условия локального нагрева и одновременно они могут быть использованы для охлаждения локального перегрева механизмов.

Весьма перспективно применение в промышленности тепловых труб, обеспечивающих выравнивание температурного поля в  различных аппаратах и установках и изотермические условия обработки  тех или иных материалов. Так, использование  низкотемпературных тепловых труб в  электрических машинах для охлаждения роторов и статоров двигателей, генераторов, а также обмоток трансформаторов  позволило увеличить их мощность на 30 – 50%. Успешно используются тепловые трубы для охлаждения высоковольтных выключателей большой мощности. Тепловые трубы и паровые камеры имеют  ряд преимуществ по сравнению  с традиционными элементами передачи тепла.

Заключение.

Применение порошковой металлургии, ее развитие имеет важное значение для всего мира. Передовые страны мира такие как США и Япония ежегодно инвестируют и расширяют эту отрасль промышленности.

Не последнее место  занимает порошковая металлургия и  в нашей стране. Неоспоримым доказательством  полезности использования порошковых является то, что в период кризиса эти предприятия не только выживают, но и расширяют производство.

С увеличением масштабов  выпуска и совершенствованием методов  изготовления порошков решатся такие  проблемы порошковой металлургии как: дороговизна исходных материалов. При  массовом производстве расходы связанные с необходимостью изготовления индивидуальных приспособлений (пресс-форм) для каждого вида деталей сократятся до минимума. С исследованием и использованием на производстве получения чистых порошков распылением расплавленного железа решены такие проблемы как необходимость получения достаточно чистых исходных материалов.