Порошковая металлургия
Порошковая металлургия – это технология получения металлических порошков и изготовления из них готовых изделий.
Металлические порошки смешиваются между собой, образуя шихту с заданным химическим составом, аналогичным химическому составу требуемой марки стали.
Порошки карбонильного железа благодаря своим свойствам являются исходным сырьем, в качестве основы смеси металлических порошков, для приготовления шихты и последующего прессования и спекания получаемых деталей.
Порошки карбонильного железа применяются как в качестве единственной основы железных порошков, так и в качестве добавки к железным порошкам с большей гранулометрией. Получаемые таким образом смеси с бифракционным составом позволяют получать детали с повышенными механическими свойствами.
Основные преимущества порошков карбонильного железа выпускаемых компанией Синтез-ПКЖ:
-
минимальный размер частиц обеспечивает высокую плотность, превосходную прочность и качество текстуры поверхности спеченной детали
-
однородная сферическая форма частиц обеспечивает высокую текучесть при прессовании
-
минимальный размер и большая площадь поверхность частиц способствует сокращению времени и температуры спекания, что приводит к снижению энергозатрат
-
легко смешиваются с порошками других металлов для получения изделий с различным химическим составом, соответствующим определенной марки стали.
-
однородная структура частиц без внутренних полостей и пустот
-
химическая чистота порошков и отсутствие примесей
Для приготовления смесей для порошковой металлургии используют невосстановленные и восстановленные порошки карбонильного железа, а также порошки карбонильного железа со специальным покрытием.
Этапы технологии порошковой металлургии
- Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах (получение крупных (100 и более мкм) порошков неправильной формы);
- Распыление жидких металлов в воздух, либо в воду: его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность;
- Получение порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из окислов) углеродом или водородом;
- Электролитическое осаждение металлов;
- Термическая диссоциация летучих карбонилов металлов (карбонильный метод).
Преимущества — получение мелкодисперсного (0-20 мкм) порошка железа правильной формы, с определёнными радиотехническими свойствами.
Основной метод формования металлических порошков — прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением 200—1000 Мн/м2 на быстроходных автоматических прессах. 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 МIМ-технология.
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, 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.
Преимущества порошковой металлургии
-
Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать другими 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 так называемые 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.
- Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. Порошковая металлургия 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.).
- При использовании чистых исходных порошков (например, карбонильный метод) можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.
-
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 (процесса разделения первоначально однородного расплава при понижении температуры на две разные по составу несмешивающиеся жидкости) 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.
Недостатки порошковой металлургии
- Сравнительно высокая стоимость металлических порошков;
- Необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии;
- 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 порошковой металлургии и некоторые её достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой порошковой металлургии, так и других отраслей промышленности.
По мере развития техники порошковая металлургия может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоёвывать другие.