ТОП 10:

Порошковые конструкционные материалы



Создание порошковых спеченных конструкционных материалов обусловлено высокой экономичностью получения изделий методами порошковой металлургии, исключающими необходимость использования в технологическом процессе крупномасштабных пирометаллургических процессов, поскольку получение металлических порошков возможно методами высокоэффективных гидрометаллургических процессов, либо методами восстановления из окислов, в том числе и непосредственно из руд или концентратов.

Чаще всего порошки производят химическим восстановлением из окислов или солей, электролизом хлоридных расплавов и водных растворов азотнокислых, сернокислых и других солей металлов, разложением при нагреве карбонилов Mx(CO)y и др., а также механическими методами, например, распылением потоком воздуха или аргона струи расплава металла или сплава, а также измельчением в мельницах. В ряде случаев порошки получают методами плазмохимии, методами распыления взрывом и другими технологическим приемами с использованием высококонцентрированных источников энергии.

Для получения изделий из металлических порошков их смешивают в заданных пропорциях с другими порошковыми компонентами, спрессовывают в холодном или горячем состоянии в виде брикетов для формирования требуемой формы изделий или полуфабрикатов. Спрессованные брикеты подвергают спеканию при температурно-временных условиях, обеспечивающих создание монолитного состояния материала с той или иной заданной плотностью и пористостью готового изделия.

Температура спекания заготовок и изделий, полученных из порошков одного металла, должна составлять 0,75…0,9 от температуры плавления металла. Температура спекания меди, к примеру, 840…890 0С. В том случае, если в составе материала содержится легкоплавкая составляющая, температура спекания выбирается выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Например, порошки, содержащие медь и олово, спекают при температуре 700…800 0С. В этом случае улучшаются условия спекания, поскольку оно происходит через образования жидких прослоек, которые вслед за оплавлением самопроизвольно кристаллизуются в изотермических условиях за счет диффузионного обмена компонентами между жидкой и твердой фазой. В том случае, если спекание осуществляется при температурах, не превышающих температуру плавления спекаемых материалов, взаимодействие частиц между собой происходит исключительно по механизмам твердофазной диффузии, которая может сопровождаться рекристаллизационными процессами с формированием твердых растворов, или реакционной диффузией компонентов с образованием на межчастичных поверхностях единых структурных образований, в том числе химических соединений или промежуточных фаз.

В ряде случаев после спекания изделие может дополнительно подвергаться обработке давлением (ковке, штамповке, прессованию, экструдированию, горячему и холодному волочению), что позволяет изготавливать из порошковых материалов изделия и полуфабрикаты широкой размерной номенклатуры. Для упрочнения изделия из порошков могут подвергаться дополнительной химико-термической и термической обработке, например, цементации, хромированию, закалке, отпуску и др.

Наиболее широко распространенными конструкционными материала-ми, изготовленными методами порошковой металлургии, являются:

· металлокерамические инструментальные твердые сплавы;

· антифрикционные сплавы;

· фрикционные материалы;

· пористые материалы для фильтров охлаждения;

· материалы для конструкционных деталей машиностроения;

· магнитные материалы;

· электротехнические, в том числе электроконтактные материалы;

· материалы для работы в условиях высоких температур.

Первая категория материалов – сплавы типа ВК (вольфрам-кобальт), ТК (титан-кобальт) рассмотрены ранее.

Антифрикционные порошковые материалы изготавливают, кроме железа, на основе медных (бронзовых), алюминиевых порошков с добавлением небольшого количества графита или сульфидов в дисперсном состоянии. Графит и сульфиды снижают коэффициент трения, уменьшают износ, предохраняют детали от схватывания трущихся поверхностей и играют роль смазки в условиях сухого трения.

Антифрикционные материалы получают по режимам спекания и прессования, обеспечивающим получение пористости 10…25 %, которая предназначена для заполнения маслом или иными смазочными материалами. В некоторых случаях пористые материалы на основе меди (бронзы) подвергают пропитке фторопластом, который позволяет использовать такой металлофторопластовый материал в качестве подшипников, способных работать на трение при больших давлениях, в широком диапазоне температур, высокой частоте вращения и при отсутствии дополнительной смазки.

В противоположность антифрикционным материалам по их поведению в условиях трения, методами порошковой металлургии получают фрикционные материалы, предназначенные для изготовления фрикционных дисков и сегментов в тормозных узлах. Фрикционные материалы должны обладать высоким коэффициентом трения и одновременно быть износостойкими. Это достигается введением в металлическую основу (железо) металлических (меди, свинца, олова) и неметаллических добавок (графита, кремнезема, асбеста, сернокислого бария – барита).

Асбест и кремнезем обеспечивают высокий коэффициент трения, графит предохраняет от истирания, медь придает высокую теплопроводность, свинец предохраняет от интенсивного перегрева и способствует плавному торможению, сернокислый барий устраняет прилипаемость трущихся поверхностей. Коэффициент сухого трения материала на железной основе по чугуну составляет 0,3…0,45, допустимая температура 550 0С. Прочность материала невелика, поэтому его используют в виде слоев толщиной 0,2…10 мм на стальной подложке.

Высокопористые материалы применяются для изготовления фильтров. Металлические фильтры изготавливают из порошков, стойких против окисления (бронза, латунь, коррозионностойкая сталь, никель, титан, нихром). Пористость металлических фильтров – 40…60 % и выше. Прессование в этом случае не производят, а спеканию подвергают порошок, свободно засыпанный в форму. Для сохранения пор при спекании и для их увеличения в порошок вводят добавки, которые не сплавляются с основным материалом или улетучиваются при спекании под действием высоких температур.

Порошковые материалы с высокой степенью пористости используют для деталей, требующих интенсивного охлаждения. Пористые материалы характеризуются высокой удельной поверхностью теплоотвода, в связи с чем при пропускании охлаждающей жидкости через поры происходит ее испарение, при котором отбирается очень большое количество теплоты. Подбирая существующие хладагенты, имеющие низкую температуру кипения, можно существенно ускорить процесс отбора тепла от нагревающегося оборудования. Пористые материалы широко используются для охлаждения газовых турбин, реактивных двигателей.

При изготовлении большого количество слабо нагруженных деталей машиностроения (втулки, крышки, кулачки, корпуса подшипников) целесообразно применение порошковой металлургии. После прессования и спекания такие детали не подвергаются механической обработке. В ряде случаев порошковые детали из порошков углеродистых и легированных сталей, бронз, латуней, сплавов алюминия и титана могут не уступать по свойствам изделиям, полученным обычными способами. Порошковая металлургия позволяет повысить коэффициент использования металла до 0,7…0,9, поднять производительность труда и снизить себестоимость деталей, несмотря на высокую стоимость порошков.

Изготовление быстрорежущего инструмента методом порошковой металлургии взамен традиционных методов (из прутка) дает возможность увеличить коэффициент использования металла на 20…30 % и в 2…3 раза повысить стойкость инструмента.

Магнитные порошковые материалы на основе порошков алюминия, никеля, кобальта и меди имеют прочность в 3 раза выше, чем литые сплавы, что достигается на основе высокой степени дисперсности структурных составляющих в порошковых материалах. Высококачественным магнитным материалом является тонкий порошок чистого железа, получаемого электрохимическим методом из растворов, а также путем термической диссоциации карбонильного железа.

Широкое применение находят ферриты на основе ферромагнитных оксидов железа, никеля и других компонентов, используемые в качестве антенных материалов, сердечников высокочастотных трансформаторов в вычислительной технике.

Порошковые материалы находят применение в электротехнике для изготовления подвижных электроконтактов электрических машин, а также для контактных пластин коммутирующей аппаратуры (выключатели, контакторы и др.). Большинство таких деталей изготавливают методами порошковой металлургии на основе порошков серебра, никеля, вольфрама, меди, молибдена.

Для работы при высоких температурах применяют металлокерамические сплавы из порошков карбидов титана, ниобия и тантала, борида титана, оксида алюминия и других тугоплавких химических соединения металлов. Технология получения таких материалов требует применения очень высоких температур спекания (до 2500 0С). При этом они характеризуются высокой работоспособностью вплоть до 1000 0С с удельными нагрузками до 85 МПа в течение 100 часов. После 300 часов работы толщина оксидной пленки не превышает 0,5 мм. Однако такие материалы характеризуются повышенной хрупкостью, имеют высокую чувствительность к надрезам и ударным нагрузкам. Единственным методом обработки давлением для них является сверхпластическая деформация при низких скоростях.

 

Контрольные вопросы

1. Технология порошков.

2. Гомогеннолегированные порошки.

3. Частичнолегированные порошки.

4. Тенденции развития порошковых сталей.

5. Приведите наиболее распространенные конструкционные материалы, изготовленные порошковой металлургией.

6. Антифрикционные порошковые материалы.

7. Фрикционные порошковые материалы.

8. Высокопористые порошковые материалы.

9. Ферриты из порошков.

10 Металлокерамика из порошков.

11. Порошковые быстрорежущие стали.

 

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.232.38.214 (0.005 с.)