Основы технологии порошковой металлургии

Порошковая металлургия включает производство металлических порошков, а также изделий из них или их смесей и композиций с неметаллами.

С помощью технологии порошковой металлургии решаются две задачи: 1) изготовление материалов и изделий с обычными составами, структурой и свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях их производства; 2) получение материалов и изделий с особыми свойствами, составом, структурой, которые недостижимы при других способах производства.

Технологический процесс порошковой металлургии состоит из трех стадий:

• производство металлических порошков;

• придание порошкообразному материалу требуемой формы (формование);

• спекание заготовки при повышенных температурах.
Часто спеченные детали подвергают дополнительной обра
ботке для улучшения их свойств.

Для производства металлических порошков используют две группы методов: физико-химические (восстановление металла из его соединений, электролиз, термическая диссоциация идр.) и механические (измельчение твердого или распыление жидкого металла).

Одним из наиболее часто применяемых физико-химических методов получения металлических порошков является элек-

тролитический, суть которого заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого металла или его расплавленных солей при пропускании через них постоянного электротока и последующем разряде соответствующих ионов металла на катоде. Таким образом получают порошки меди, никеля из сернокислых водных растворов, серебра из азотнокислого раствора.

Механическое измельчение наиболее целесообразно применять при производстве порошков хрупких металлов и сплавов — кремния, бериллия, сурьмы, хрома, марганца, ферросплавов. Размол с получением частиц порядка нескольких десятых или сотых миллиметра проводят в шаровых, вибрационных, молотковых мельницах. Далее порошки на ситах делят на фракции и отправляют в смесители, где происходит перемешивание порошков, отличающихся химическим составом или размером частиц, чем обеспечивается однородность смеси. Используют барабанные, лопастные, центробежные, роторные смесители.

Формование чаще всего осуществляется прессованием порошков в пресс-форме. Простейшая из них состоит из матрицы и двух пуансонов, к одному из которых или к обоим сразу прикладывают усилие, обеспечивающее уплотнение порошка в заготовку.

Прессование зачастую не обеспечивает изготовление многих сложных по конфигурации изделий. Поэтому применяют также и другие методы формования (гидростатический, шликер-ный, импульсный).

Суть гидростатического метода заключается в том, что порошок засыпают в резиновую или эластичную оболочку и помещают в камеру гидростата, в которой жидкостью (вода, масло, глицерин) создают давление. При уплотнении почти отсутствует трение частиц порошка о стенки оболочки, так как те из них, которые прилегают к ней, перемещаются вместе с оболочкой. Плотность заготовки почти однородна во всем объеме. Таким образом получают трубы, шары, турбинные лопатки двигателей и другие изделия сложной формы, масса которых может быть от нескольких граммов до сотен килограммов.

При шликерном формовании концентрированную взвесь порошка в жидкости (шликер) заливают в простую форму. Механизм формования заключается в осаждении частиц на стенках формы под давлением направленных к ним потоков жидкости, которые возникают в результате впитывания жидкости в поры гипсовой формы под влиянием разрежения, создаваемого за перфорированной стенкой стальной формы или пористой стенкой

формы из стеклянного порошка. После извлечения заготовки ее сушат на воздухе или в сушильных шкафах при 110—150 °С.

Импульсное формование отличается очень высокой скоростью приложения нагрузки к порошку. В качестве источника энергии используют заряд взрывчатого вещества, вибрацию, импульсное электромагнитное поле, сжатый газ, поэтому такое формование называется соответственно взрывным, вибрацион-< ным, электромагнитным.

Спекание заготовок обычно осуществляется при температуре, составляющей 70—90 % температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента, входящего в состав материала, при выдержке от нескольких минут до нескольких часов. Наиболее полно и быстро спекание происходит в вакууме.

Хорошие результаты могут быть достигнуты при совмещении операции прессования и спекания. Такой процесс называют горячим прессованием. Он позволяет использовать увеличение текучести металлов для получения малонористых изделий при сравнительно небольших давлениях. Это особенно важно при изготовлении изделий из малопластичных или хрупких компонентов. Для спекания используют печи разнообразной конструкции.

Изделия, полученные методами порошковой металлургии, нашли широкое применение в различных отраслях.

Изделия из порошков тугоплавких металлов и их сплавов (вольфрама, молибдена), тантала, ниобия, циркония нашли применение в производстве осветительных ламп, приборов, электровакуумного оборудования.

Порошки карбидов, боридов, нитридов, обладающих высокой твердостью, жаростойкостью, используют для изготовления изделий электротехники, металлургии, химической промышленности .

Пористые самосмазывающиеся подшипники широко применяются в авиа- и автомобилестроении, химической, атомной и других отраслях.

Расширяется применение фрикционных материалов, обладающих высоким и стабильным коэффициентом трения. Их используют в тормозных устройствах самолетов, тепловозов, тракторов, автомобилей.

Изделия, полученные порошковой металлургией, применяют также для изготовления антикоррозионных покрытий.

Порошковая металлургия обеспечивает экономический эффект за счет снижения расхода материалов, уменьшения трудоемкости (в 2—5 раз) и себестоимости изготовления (в 1,5—2 раза). При получении деталей (заготовок) методами порошковой металлургии отходы металлов составляют всего лишь 2—5 % .