25

Введение

Сущность порошковой металлургии (ПМ) заключается в изготовлении изделий из порошков путем их прессования с приданием требуемой формы и упрочнения спрессованной заготовки путем спекания, которое производится без расплавления основного компонента.

В исторически короткие сроки ПМ позволила решить многие проблемы, в том числе задачу производства тугоплавких металлов и получения на их основе твердых сплавов и жаропрочных материалов. Порошковые твердые сплавы, введены в производство в 1827 году.

Таким образом, первое коренное преимущество ПМ перед другими видами обработки материалов состоит в возможности получения деталей с обычными свойствами, но значительно лучшими технико-экономическими показателями процесса. Вто­рое коренное преимущество заключается в том, что методами ПМ можно получать материалы и изделия с составами, струк­турами и свойствами принципиально недостижимыми при по­лучении другими способами.

Порошковая металлургия имеет, разумеется, и недостатки, которые сдерживают ее развитие, а именно:

–сравнительно высокая стоимость металлических порошков;

– необходимость спекания в защитной атмосфере;

– трудности изготовления изделий больших габаритов;

• сложность получения беспористой структуры.

Технологический процесс производства материалов и изделий методом порошковой металлургии включает получение металлических порошков, формование из них заготовок, спекание (нагрев) и окончательную обработку (доводка, калибровка, уплотняющее обжатие, термообработка).

1. Получение порошков

Все способы получения порошков можно условно разделить на две большие группы: механические и физико-химические. При использовании механических методов исходный материал (и твердом или расплавленном состоянии) измельчается под действием внешних сил без существенного изменения химического состава. Наиболее распространенными методами являются распыление расплавленных металлов и механическое измельчение. Физико-химические методы предполагают физические и химические превращения исходного продукта при получении из него порошка, из которых наиболее широкое распространение во всем мире получили методы восстановления.

1.1 Механические методы

Измельчение твердых материалов - уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения их под действием внешних усилий. Различают измельчение дроблением, размолом или истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение хрупких металлов и их сплавов таких, как кремний, сурьма, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием. Размол вязких пластичных металлов (медь, алюминий и др.) затруднен. В случае таких металлов наиболее целесообразно использование в качестве сырья отходы, образующиеся при обработке металлов (стружка, обрезка и др.).

Для грубого размельчения используют щековые, валковые и конусные дробилки и бегуны; при этом получают частицы размером 1---10 мм, которые являются исходным материалом для тонкого измельчения, обеспечивающего производство требуемых металлических порошков. Окончательный размол полученного материала проводится в шаровых вращающихся, вибрационных или планетарных центробежных, вихревых и молотковых мельницах.

Интенсивность измельчения определяется свойствами материала, соотношением рабочих размеров - диаметра и длины барабана, соотношением между массой и размерами размольных тел и измельчаемого материала. При D/L>3 (D - диаметр, L - длина барабана) преобладает дробящее действие, при D/L3 - истирающее действие; для измельчения пластичных металлов это соотношение должно быть меньше трех.

Распыление расплавов. Метод распыления расплавов используется для получения порошков железа и статей различного состава, цветных металлов (алюминий и его сплавы, медь, бронза) и высоколегированных материалов. Основные преимущества метода распыления заключаются в высокой производительности и автоматизации процесса, равномерном распределении компонентов сплава в каждой порошковой частице, мелкозернистой структуре порошка (за счет высокой скорости охлаждения при затвердевании) и хороших технологических свойствах порошка. Наиболее распространено распыление сжатым газом или водой под высоким давлением. Для получения неокисленных порошков применяют распыление нейтральными газами - азотом или аргоном. Так распыляют нержавеющие, быстрорежущие и некоторые другие высоколегированные стали. Распыление сжатым воздухом применяется при производстве порошков, окислы которых не оказывают отрицательного воздействия на эксплуатационные свойства из этого порошка либо легко устраняются восстановлением или другой обработкой.

Распыление водой высокого давления применяется для получения малоокисленных частиц с регулируемой формой. Распыление водой используется и для получения медных порошков.

Диспергирование расплавленного металла или сплава – измельчение расплавленного металла или сплава струей сжатого газа, жидкости или механическим способом (воздействие центробежных сил и т.д.). Центробежное распыление – один из основных видов диспергирования расплава. Этот процесс основан на выдавливании расплава из быстро вращающегося контейнера или отрыве капель расплава от вращающегося диска. Средний размер получаемых частиц обычно 150-200 мкм. Специальные методы центробежного распыления – бестигельное расплавление вращающегося с высокой скоростью слитка (несколько тысяч оборотов в минуту) и отрыв капель расплава позволяют получать мелкие сферические порошки. Такой метод позволяет получать порошки металлов, имеющих очень высокую чистоту.

Метод высокоскоростного затвердевания расплава (ВЗР).

Высокоскоростное затвердевание расплава обеспечивает извлечение малых объемов металла кромкой быстровращающегося (2000–5000 об/мин) в вертикальной плоскости диска из высокотеплопроводного материала. При контакте с расплавом на кромке диска затвердевает некоторый слой металла, затем он выходит из расплава и охлаждается, после чего частица отделяется от кромки диска (скорость охлаждения 106–108°С/с). Размер частиц можно регулировать в широких пределах: от десятков микрометров до нескольких миллиметров. Метод обладает высокой производительностью, экономичностью и экологической чистотой. Этим методом можно получить аморфные порошки.

Наряду с описанными выше существуют и другие методы распыления порошков – виброраспыление проволоки с помощью дугового расплавления, «взрыв» проволочки в инертной атмосфере, ультразвуковое распыление расплава, распыление расплава пропусканием тонкой струи между двумя вращающимися валками, распыление вращающегося электрода в магнитном поле, и т.д., но они еще не нашли широкого распространения.