Что такое порошковая металлургия

Что такое Порошковая Металлургия

Порошковая Металлургия в Энциклопедическом словаре:

Порошковая Металлургия — производство порошков металлов и изделий из них,их смесей и композиций с неметаллами. Порошки вырабатываются механическимизмельчением или распылением жидких исходных металлов, высокотемпературнымвосстановлением и термической диссоциацией летучих соединений,электролизом и другими методами. Изделия получают обычно прессованием споследующей или одновременно термической, термохимической обработкой безрасплавления основного компонента. Методы порошковой металлургии позволяютизготавливать изделия из материалов, получение которых другими способаминевозможно (напр., из несплавляющихся металлов, композиций металлов снеметаллами) или экономически невыгодно. С помощью порошковой металлургииполучают тугоплавкие и твердые материалы и сплавы, пористые, фрикционные идругие материалы и изделия из них.

Определение «Порошковая Металлургия» по БСЭ:

Порошковая металлургия — область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента. Технология П. м. включает следующие операции: получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси) с заданными химическим составом и технологическими характеристиками. формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами (главным образом Прессованием). спекание, т. е. термическую обработку заготовок при температуре ниже точки плавления всего металла или основной его части. После спекания изделия обычно имеют некоторую пористость (от нескольких процентов до 30-40%, а в отдельных случаях до 60%). С целью уменьшения пористости (или даже полного устранения её), повышения механических свойств и доводки до точных размеров применяется дополнительная обработка давлением (холодная или горячая) спечённых изделий. иногда применяют также дополнительную термическую, термохимическую или термомеханическую обработку. В некоторых вариантах технологии отпадает операция формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы. В ряде случаев прессование и спекание объединяют в одну операцию т. н. горячего прессования — обжатия порошков при нагреве.
Получение порошков. Механическое измельчение металлов производят в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах. Другой, более совершенный метод получения порошков — распыление жидких металлов: его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса. Распространено получение порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из окислов) углеродом или водородом. Находят применение гидрометаллургические методы восстановления растворов соединений этих металлов водородом. Для получения медных порошков наиболее часто используют электролиз водных растворов. Имеются и другие, менее распространённые методы приготовления порошков различных металлов, например электролиз расплавов и термическая диссоциация летучих соединений (карбонильный метод).
Формование порошков. Основной метод формования металлических порошков — прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением 200-1000 Мн/мІ (20-100 кгс/ммІ) на быстроходных автоматических прессах (до 20 прессовок в 1 мин). Прессовки имеют форму, размеры и плотность, заданные с учётом изменения этих характеристик при спекании и последующих операциях. Возрастает значение таких новых методов холодного формования, как изостатическое прессование порошков под всесторонним давлением, прокатка и Экструзия порошков.
Спекание проводят в защитной среде (водород. атмосфера, содержащая соединения углерода. вакуум. защитные засыпки) при температуре около 70-85% от абсолютной точки плавления, а для многокомпонентных сплавов — несколько выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Защитная среда должна обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования нежелательных загрязнений продукции (копоти, карбидов, нитридов и т.д.), предотвращать выгорание отдельных компонентов (например, углерода в твёрдых сплавах), обеспечивать безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции в защитной среде. Цель спекания — получение готовых изделий с заданными плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками, необходимыми для последующей обработки. Расширяется применение горячего прессования (спекания под давлением), в частности изостатического.
П. м. имеет следующие достоинства, обусловившие её развитие. 1) Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать др. методами. К ним относятся: некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал). сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.): композиции и т. н. псевдосплавы металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (например, вольфрам — медь). композиции из металлов и неметаллов (медь — графит, железо — пластмасса, алюминий — окись алюминия и т.д.). пористые материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др. 2) Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями.
П. м. позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до 60-80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т.п.). 3) При использовании чистых исходных порошков можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов. 4) При одинаковом составе и плотности у спечённых материалов в связи с особенностью их структуры в ряде случаев свойства выше, чем у плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной ориентировки (текстуры), которая встречается у ряда литых металлов (например, бериллия) вследствие специфических условий затвердевания расплава.
Большой недостаток некоторых литых сплавов (например, быстрорежущих сталей и некоторых жаропрочных сталей) — резкая неоднородность локального состава, вызванная ликвацией при затвердевании. Размеры и форму структурных элементов спечённых материалов легче регулировать, и главное, можно получать такие типы взаимного расположения и формы зёрен, которые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим структурным особенностям спечённые металлы более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжений, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники.
П. м. имеет и недостатки, тормозящие её развитие: сравнительно высокая стоимость металлических порошков. необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий П. м.. трудность изготовления в некоторых случаях изделий и заготовок больших размеров. сложность получения металлов и сплавов в компактном беспористом состоянии. необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.
Недостатки П. м. и некоторые её достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой П. м., так и др. отраслей промышленности. По мере развития техники П. м. может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоёвывать другие. Впервые методы П. м. разработали в 1826 П. Г. Соболевский и В. В. Любарский для изготовления платиновых монет. Необходимость использования для этой цели П. м. была обусловлена невозможностью достижения в то время температуры плавления платины (1769 °С).
В середине 19 в. в связи с развитием техники получения высоких температур промышленное использование методов П. м. прекратилось. П. м. возродилась на рубеже 20 в. как способ производства из тугоплавких металлов нитей накала для электрических ламп. Однако развивавшиеся в дальнейшем методы дугового, электроннолучевого, плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволили получать не достижимые ранее температуры, вследствие чего удельный вес П. м. в производстве этих металлов несколько снизился. Вместе с тем прогресс техники высоких температур ликвидировал такие недостатки П. м., ограничивавшие её развитие, как, например, трудность приготовления порошков чистых металлов и сплавов: метод распыления даёт возможность с достаточной полнотой и эффективностью удалить в шлак примеси и загрязнения, содержавшиеся в металле до расплавления. Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких температурах в основном преодолены и трудности изготовления беспористых заготовок крупных размеров.
В то же время ряд основных достоинств П. м. — постоянно действующий фактор, который, вероятно, сохранит своё значение и при дальнейшем развитии техники.
О свойствах и применении продукции П. м. см. в ст. Спечённые материалы.
Лит.: Федорченко И. М., Андриевский Р. А., Основы порошковой металлургии, К., 1961. Бальшин М. Ю.. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна, М., 1972. Кипарисов С. С., Либенсон Г. А., Порошковая металлургия, М., 1972.
М. Ю. Бальшин.

Порошковая металлургия — Порошковая металлургия («Порошковая металлургия»)
ежемесячный научно-технический журнал, орган института проблем материаловедения АН УССР. Выходит с 1961 в Киеве. Публикует статьи по теории, технологии и истории порошковой металлургии, о тугоплавких соединениях и высокотемпературных материалах. Тираж (1974) 2,3 тыс. экз. Переиздаётся на английском языке в Нью-Йорке.

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия не ограничивается тугоплавкими металлами. Она пригодна для получения разных элементов и соединений в виде порошков и изготовления из них компактных — плотных или пористых изделий прямого применения и заготовок для обработки давлением — прокатки в лист, вытяжки проволоки и иных работ.

Порошки готовят восстановлением химических соединений — твердых, парообразных, растворенных в воде и расплавах солей. Для этого применяют термическую диссоциацию, действие реагентов и электролиз. Примерами тому — автоклавное восстановление меди, никеля и кобальта, восстановление тетрахлорида титана, рафинирование титана электролизом, восстановление вольфрама и молибдена водородом, изготовление карбидов, боридов, нитридов, силицидов и других твердых тугоплавких соединений.

Рис. Аппарат для сварки штабиков:

1 — стальная плита; 2 — колпак, охлаждаемый водой; 3 — контакты, охлаждаемые водой; 4 — штабики, соединенные в последовательную цепь

Компактные изделия и заготовки получают из порошков и их смесей, в том числе содержащих неметаллические тугоплавкие вещества, прессованием, спеканием и сваркой заготовок.

Метод порошковой металлургии впервые предложил и разработал русский химик П. Н. Соболевский в 1826 г. для изготовления изделий из платины. Американцы Кулидж и Финк в 1909— 1911 гг. применили его для вольфрама.

Вольфрамовый порошок можно плавить, необходимая высокая температура тому не помеха, но структура слитков неоднородна и крупнозерниста, для обработки давлением она неудобна.

Ковкий вольфрам или молибден для производства проволоки и жести делают методом порошковой металлургии только из порошка, восстановленного водородом. Примесей в нем не должно быть больше 0,05%; крупность частиц обычно 0,5—6 мкм при средней величине 2—3 мкм.

Из порошка под давлением 196—599 МН/м 2 прессуют штабики—прав ильные прямоугольные призмы размером 15Х15Х500 мм для вытяжки проволоки и прутков или 20X40X650— для прокатки. Давление направляют поперек штабика, достигая этим равномерной плотности. Дальнейшее упрочнение достигается нагреванием в водороде при 1150—1300° С. Штабики укладывают в никелевые лодочки на слой вольфрамового порошка или особые подкладочные пластинки из вольфрама или молибдена. Лодочки нагревают в электрических муфельных печах в токе водорода, постепенно продвигая их навстречу газу и повышающейся температуре. После этого предварительного спекания штабики еще недостаточно прочны и весьма пористы, окончательное упрочнение их требует сварки при температурах, близких к точке плавления металла. Штабики зажимают между двумя охлаждаемыми водой медными контактами и пропускают через них ток.

Сварочный аппарат (рис.), собранный на стальной плите изолирован от атмосферы колпаком с двойными охлаждаемыми водой стенками и заполнен водородом.

Режим сварки подбирают опытным путем, программируют и автоматизируют. Сначала определяют ток переплавки пробного штабика, % далее за нагреванием следят по показаниям амперметра, постепенно повышая напряжение до достижения 80—90% этой величины. Общая продолжительность сварки — от 15 мин до 1 ч, при высокой ее температуре испаряются остатки примесей, плотность штабика повышается, а пористость снижается до 10—15%.

Сваренные штабики можно ковать в среде водорода, они достаточно пластичны. В особых ковочных машинах выковывают сначала прутки диаметром 2—3 мм, затем подвергают горячему волочению в несколько стадий и получают проволоку сечением до 0,01 мм. Температура сварки вольфрамовых штабиков около 3000° С, молибденовых 2300° С.

Техника безопасности в производстве вольфрама и молибдена, помимо обычной для горячих и химических цехов, должна предупреждать возможность взрывов смесей воздуха с водородом. При содержании водорода от 4 до 94% они взрывоопасны от действия ударной или электрической искры.

Статья на тему Порошковая металлургия

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: производство порошков [⇨] , смешивание порошков

[⇨] , уплотнение (прессование, брикетирование)

[⇨] и спекание

[⇨] .

Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом.

Содержание

История и возможности [ | ]

Порошковая металлургия существовала в Египте в III веке до н. э. Древние инки из драгоценных металлических порошков делали украшения и другие артефакты. Массовое производство изделий порошковой металлургии начинается с середины 19-го века. В 1826 году Пётр Григорьевич Соболевский и Василий Васильевич Любарский разработали способ аффинажа сырой платины и превращения её в ковкий металл. [1]

Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьём компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др.

Изделия порошковой металлургии сегодня используются в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться.

Получение металлических порошков [ | ]

Несмотря на разнообразие методов является наиболее трудоёмкой и дорогой стадией технологического процесса [2] . Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

1. Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.
2. Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.
3. Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
4. Электролитическое осаждение металлов из растворов.
5. Использование сильного тока, приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Изготовление порошковых изделий [ | ]

Типовой технологический процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: приготовление шихты (смешивание), формование, спекание и калибрование.

Приготовление смеси [ | ]

Смешивание — это приготовление с помощью смесителей однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими. Смешивание является подготовительной операцией. Некоторые производители металлических порошков для прессования поставляют готовые смеси.

Формование порошка [ | ]

Формование изделий осуществляется путём холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Обычно используются жёсткие закрытые пресс-формы, пресс-инструмент ориентирован, как правило, вертикально. Смесь порошков свободно засыпается в полость матрицы, объёмная дозировка регулируется ходом нижнего пуансона. Прессование может быть одно- или двусторонним. Пресс-порошок брикетируется в полости матрицы между верхними и нижним пуансоном (или несколькими пуансонами в случае изделия с переходами). Сформированный брикет выталкивается из полости матрицы нижним пуансоном. Для формования используется специализированное прессовое оборудование с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.

Читать еще:  Пример расчета скребкового конвейера

Спекание [ | ]

Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре ниже температуры плавления металла. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность, и улучшаются контакты между зёрнами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Прессовка превращается в монолитное изделие, технологическая связка выгорает (в начале спекания).

Калибрование [ | ]

Калибрование изделий необходимо для достижения нужной точности размеров, улучшается качество поверхности и повышается прочность.

Дополнительные операции [ | ]

Иногда применяются дополнительные операции: пропитка смазками, механическая доработка, термическая, химическая обработка и др.

Преимущества и недостатки [ | ]

Благодаря структурным особенностям, продукты порошковой металлургии более термостойки, лучше переносят циклические перепады температур и напряжений деформации, а также радиоактивного излучения.

Однако порошковая металлургия имеет и недостатки, сдерживающие её развитие: сравнительно высокая стоимость металлических порошков, необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии, невозможность изготовления в некоторых случаях заготовок больших размеров, необходимость использования чистых исходных порошков для получения чистых металлов.

Что такое порошковая металлургия

Порошковая металлургия

Из металлов и различных сплавов могут производиться порошковые составы. Они могут применяться самым различным образом для защиты заготовок и деталей. Порошковая металлургия – активно развивающаяся область, которая имеет огромное количество особенностей. Это направление металлургии появилось более ста лет назад.

Получение порошков

Для производства порошка могут применяться самые различные технологии, но их объединяют следующие моменты:

1. Экономичность. В качестве сырья могут использоваться отходы металлургической промышленности. Примером назовем окалину, которая сегодня нигде не применяется. Кроме этого, могут применять и другие отходы.
2. Высокая точность геометрических форм. Изделия, получаемые при применении рассматриваемой технологии порошковой металлургии, обладают точными геометрическими формами, последующая механическая обработка не требуется. Этот момент определяет относительно небольшое количество отходов.
3. Высокая износостойкость поверхности. За счет мелкозернистой структуры получаемые изделия обладают повышенной твердостью и прочностью.
4. Невысокая сложность технологий порошковой металлургии.

Рассматривая наиболее распространенные технологии порошковой металлургии отметим, что они делятся на две основные группы:

1. Физико-механические методы заключаются в измельчении сырья, за счет чего размер частиц становится небольшим. Подобного рода процессы производства характеризуются комбинированием различной нагрузки, которая оказывает воздействие на сырье.
2. Химико-металлургические методы используются для изменения фазового состояния применяемого сырья. Примером подобного производства можно назвать восстановление солей и окислов, а также других соединений металлов.

Кроме этого, выделим следующие особенности производства порошка:

1. Шаровой способ предусматривает переработку металлических обрезков в шаровой мельнице. За счет тщательного дробления получается мелкозернистый порошок.
2. Вихревой способ заключается в применении специальной мельницы, которая создает сильный воздушный поток. Столкновение крупных частиц становится причиной получения мелкого порошка.
3. Применение дробилок. Нагрузка, которая создается при падении груза большой массы, приводит к измельчению материала. Ударная нагрузка воздействует с определенной периодичностью, за счет чего и происходит дробление состава.
4. Распыление сырья в жидком виде под воздействием сжатого воздуха. После получения хрупкого состава, металл пропускается через специальное оборудование, которое перемалывает его для получения порошка.
5. Электролиз – процесс восстановления металла из жидкого состава под воздействием электрического тока. За счет повышения показателя хрупкости сырье может быстро перемалываться в специальных дробилках. Данный метод обработки позволяет получить зерно дендритной формы.

Некоторые из приведенных выше технологий порошковой металлургии получили большое распространение в промышленности по причине высокой производительности и эффективности, другие сегодня практически не применяются из-за повышения стоимости получаемого сырья.

Компактирование

Порошковая металлургия также предусматривает проведение процедуры, которая основана на получении полуфабрикатов в виде прутков и лент. После прессования можно получить практически готовое к применению изделие.

К особенностям процесса компактирования можно отнести нижеприведенные моменты:

1. В качестве сырья при проведении рассматриваемого процесса применяется сыпучее вещество.
2. После прохождения компактирования сыпучий порошок становится компактным материалом с пористой структурой. Прочность получаемого изделия приобретается в ходе проведения других процессов обработки.

Принцип порошковой металлургии

Рассматривая процесс прессования порошка, отметим применение следующих технологий:

1. прокатывание;
2. шликерное литье;
3. изостатическое прессование за счет оказания давления газом или жидкостью;
4. прессование с одной или обеих сторон при применении специальных металлических матриц;
5. инжекционный метод.