 |
Основы порошковой металлургии
|
|
|
|
За последние годы в технике все более широкое применение получают изделия, изготавливаемые из металлических порошков или из различных порошковых смесей, в состав которых входят металлы и неметаллы. Такие изделия называют металлокерамическими по сходству метода изготовления с применяемым в керамическом производстве и заключающемся в спекании отдельных зерен порошка.
Отрасль техники, занимающаяся производством порошков и превращением их в изделия, носит название порошковой металлургии.
Истоки порошковой металлургии теряются в глубокой древности и в тоже время этот метод очень совершенен и применяется при получении материалов для самых совершенных машин.
Порошковой металлургией называется область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.
Сущность метода порошковой металлургии заключается в применении в качестве исходного сырья порошков металлов, которые прессуют или формуют в изделия заданных размеров, а затем подвергат термической обработке (спеканию) при температуре ниже температуры плавления основного компонента. В условиях массового производства этод метод отличается высокой производительностью и экономичностю, так как дает возможность получать изделия высокой размерности точности, что позволяет сократить расход металла и повысить производительность труда.
Продукция порошковой металлургии нашла применение во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, энергомашиностроении, радиотехнической, атомной и т.д.
Методы порошковой металлургии обладают рядом преимуществ перед обычными металлургическими, важнейшим из них является возможность производства изделий:
|
|
|
1.Из тугоплавких металлов и их соединений;
2.Из материалов, не образующих сплавов друг с другом, таких как медь с графитом, металлов с асбестом и др;
3.Пористых с различной плотностью;
4.Однородных по составу, без признаков ликвации;
5.С размерами, соответствующими второму классу точности изготовления, и поэтому не нуждающиеся в дополнительной механической обработке;
6.С меньшим расходом материалов благодаря отсутствию отходов и почти полным отсутствием затрат на дополнительную обработку.
Недостатками, препятствующими внедрению, этого метода являются:
1.Дороговизна прессформ, делающая экономически целесообразным лишь массовое производство однотипных изделий;
2. Дороговизна порошков;
3. Ограниченность размеров изделий, хотя в отдельных случаях вес изделий, изготовленных из порошков, доходит до 500 кг.
Технология изготовления порошковых материалов и изделий состоит из следующих операций:
- получение металлических порошков восстановлением их из окислов и других соединений или измельчением исходного материала в мельницах;
- составление смеси заданного состава (приготовление шихты), очистки порошков от примесей, классификация по размеру частиц, смешивание;
- холодное прессование смеси порошков в стальных прессформах на механических или гидравлических прессах при давлении 0,1-1 Па;
- спекание полученных спрессованных заготовок или изделий в защитной атмосфере или в вакууме при температуре несколько ниже температуры плавления материала или его наиболее легкоплавкого компонента для придания им необходимых физико-механических свойств.
Существующие методы получения порошков подразделяют на механические (1) и физико-химические (2):
1. Дробление и размол в различных мельницах, распыление струи расплавленного металла вращающимися лопастями или струей сжатого газа, грануляция расплавленного металла при литье в жидкость, обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки.
|
|
|
2. Восстановление оксидов и других соединений, электролиз, диссоциация корбонилов при нагреве, межкристаллитная коррозия.
Формование порошков – это придание порошковому материалу формы, размеров, плотности и прочности, необходимых для выполнения последующих операций изготовления изделия:
- прессование в стальных прессформах;
- шприцевание;
- гидростатическое или газостатическое прессование;
- прокатка порошков – процесс заключается в прокатке порошков между горизонтально расположенными валками.
Спекание – это термическая операция, в которой сформованное тем или иным способом изделие подвергается нагреву, до температуры, составляющей 2/3 Тпл материала или легкоплавкого компонента. Спекание многокомпанентных смесей может осуществляться как в твёрдой фазе (твёрдофазное спекание), так и в присутствии жидкой фазы (жидкофазное спекание).
Дополнительные операции: регулирование структуры (термообработка) и калибровка.
Современная номенклатура металлокерамических изделий очень разнообразна и охватывает большое количество различных наименований: пористые материалы (подшипники скольжения, фильтры), фрикционные материалы (диски сцепления, тормозные накладки), электротехнические изделия (контакты для сварки, электрощетки), инструментальные материалы (твердые сплавы ВК, ТК, ТТК, штампы), детали машин и агрегатов (шестерни, втулки, корпуса насосов, шаровые направляющие, кольца синхронизаторов) и др.
Кроме вышеперечисленных металлокерамических сплавов, изготовляются и применяются жаропрочные сплавы, конструкционные, тугоплавкие, сплавы с особыми свойствами (вакуумноплотные, «тяжёлые» сплавы), пеноматериалы.
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Введение
Композиционные материалы – это материалы, состоящие из двух или несколько компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между компонентами, оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.
|
|
|
В широком смысле понятие «композиционный материал» включает в себя любой материал с гетерогенной структурой, т.е. структурой, состоящей из двух и более фаз.
Первым создателем композиционных материалов была сама природа. Множество природных конструкций (стволы деревьев, кости животных, зубы людей и т.д.) имеют характерную волокнистую структуру. Она состоит из сравнительно пластичного матричного вещества и более твердых и прочных веществ, имеющих форму волокон. Например: древесина – это композиция, состоящая из пучков высокопрочных целлюлозных волокон трубчатого строения, связанных между собой матрицей из органического вещества (лигнина), придающего древесине поперечную жесткость.
Примерами композиционных материалов могут быть и такие природные образования, как минералы. Нефрит – состоит из плотноупакованных игольчатых кристаллов, связанных друг с другом на поверхностях раздела. Такая структура обеспечивает высокую вязкость нефрита и поэтому различные племена использовали его как материал для изготовления топоров.
Наука о композиционных материалах зародилась совсем недавно. Первым примером научного подхода к созданию искусственных композиционных материалов можно считать появление железобетона и стеклопластиков.
Как известно, бетон хорошо сопротивляется сжатию и очень плохо выдерживает растягивающие усилия. Композиция из бетона и стальной арматуры, обладающая высокой прочностью на растяжение, объединяет в одном материале положительные свойства обоих компонентов.
Первый патент на композиционный полимерный материал был выдан в 1909 г., он предусматривал упрочнение синтетических смол природными волокнами (бумагой, тканями).
Стеклопластики запатентованы в 1935 г. Это были первые полимерные материалы, в которых как упрочнитель использовались неорганические волокна.
В 50-х годах XX столетия обнаружили, что многие материалы в виде тонких монокристаллов игольчатой формы обладают высокой прочностью (до 10ГПа и более). Были получены новые виды неорганических поликристаллических волокон – углеродные, борные. Возникла идея использовать все эти сверхпрочные волокнистые материалы для армирования различных матриц, и в первую очередь металлов.
|
|
|
