Производство деталей из металлических порошков относится к отрасли техники, называемой металлокерамикой или порошковой металлургией. Метод порошковой металлургии позволяет получить материалы и детали, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, заданными стабильными магнитными свойствами. При этом порошковая металлургия позволяет получать большую экономию металла и значительно снижать себестоимость изделий.
Кроме того, в ряде случаев стоимость металлических порошков значительно превышает стоимость литых металлов.
Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.
Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы.
Порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди, серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике, живописи во все известные времена. При раскопках найдены орудия из железа древних египтян (за 3000 лет до нашей эры), знаменитый памятник из железа в Дели относится и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно способов получения высоких температур (около 1600-1800 С).
Порошковая металлургия и дальнейшая перспектива ее развития
... изделий сложной формы. обеспечивает прецизионное производство. Соответствие размеров в серии изделий. Глава 1. История развития порошковой металлургии. Порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди, серебра и золота применяли в красках для ...
Указанные предметы из железа были изготовлены кричным методом: сначала а горнах при температуре 1000 С восстановлением железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, а завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости. На Киевской Руси железо получали за 1400 лет до новой эры.
С появлением доменного производства от крицы отказались и о порошковой металлургии забыли.
Заслуга возрождения порошковой металлургии и превращения ее в особый технологический метод обработки принадлежит русским ученым П.Г. Соболевскому и В.В. Любарскому, которые в 1826 г., за три года до работ англичанина Воллстана, разработали техно-логию прессования и спекания платинового порошка.
Производство порошков.
Сущность порошковой металлургии заключается в производстве порошков и изготовлении из них изделий, покрытий или материалов многофункционального назначения по безотходной технологии. Порошки получают из металлического и неметаллического сырья, а также вторичного сырья машиностроительного и металлургического производства. Технологический процесс производства и обработки изделий и материалов методами порошковой металлургии включает получение порошков, их формование в заготовки, спекание (температурную обработку) и при необходимости окончательную обработку (доводку, калибровку, уплотняющее обжатие, термообработку).
Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции: получение порошка исходного материала, формование заготовок, спекание, окончательную обработку.
механические
Измельчение твердых материалов
При измельчении комбинируются различные виды воздействия на материал статическое — сжатие и динамическое — удар, срез — истирание, первые два вида имеют место при получении крупных частиц, второй и третий — при тонком измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия выполняет работу упругого и пластического деформирования и разрушения, нагрева материалов, участвующих в процессе размельчения.
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. Исходным материалом для тонкого измельчения может быть и стружка, получаемая при точении, сверлении, фрезеровании и других операциях обработки резанием; при резании получают кусочки стружки размером 3…5 мм почти для любых металлов путем изменения режимов резания, углов резания и введения колебательных движений.
Окончательный размол полученного материала проводится в шаровых вращающихся, вибрационных или планетарных центробежных, вихревых и молотковых мельницах. Шаровая мельница (рис. 1) — простейший аппарат, используется для получения относительно мелких порошков с размером частиц от нескольких единиц до десятков микрометров.
Машины и оборудование для измельчения материалов
... футеровку барабана (рис. 3, з); среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ... Перечисленные способы измельчения относятся к методу механического измельчения под воздействием рабочего органа на материал или частиц материала одна на другую. Существуют методы измельчения материалов, основанные на ...
Рисунок 1. Схемы движения шаров в мельнице: а — режим скольжения, б — режим перекатывания, в — режим свободного скольжения, г — режим критической скорости
Рисунок 2. Схема вибрационной мельницы: 1 — корпус-барабан, 2-вибратор вращения, 3 — спиральные пружины, 4 — электродвигатель, 5 — упругая соединительная муфта
В мельницу загружают размольные тела (стальные или твердосплавные шары) и измельчаемый материал. При вращении барабана шары поднимаются вследствие трения на некоторую высоту и поэтому возможно несколько режимов измельчения: 1) скольжения, 2) перекатывания, 3) свободного падения, 4)движения шаров при критической скорости вращения барабана.
В случае скольжения шаров по внутренней поверхности вращающегося барабана материал истирается между стенкой барабана и внешней поверхностью массы шаров, ведущей себя как единое целое. При увеличении частоты вращения шары поднимаются и скатываются по наклонной поверхности, и измельчение происходит между поверхностями трущихся шаров. Рабочая поверхность истирания в этом случае во много раз больше и поэтому происходит более интенсивное истирание материала, чем в первом случае. При большей частоте вращения шары поднимаются до наибольшей высоты, и падая вниз (рис. 1а) производят дробящее действие, дополняемое истиранием материала между перекатывающимися шарами. Это наиболее интенсивный размол. При дальнейшем увеличении частоты вращения шары вращаются вместе с барабаном мельницы, а измельчение при этом практически прекращается.
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…5 (D — диаметр, L- длина барабана) преобладает дробящее действие, при D:L<3 — истирающее действие; для измельчения пластичных металлов это соотношение должно быть меньше трех. Масса размольных тел считается оптимальной при 1,7…2 кг размольных тел на 1 л объема барабана. Соотношение между массой размольных тел и измельчаемого материала составляет 2,5…3. Для интенсивного измельчения это соотношение увеличивают. Диаметр размольных шаров не должен превышать 1/20 диаметра мельницы. Для увеличения интенсивности измельчения процесс проводят в жидкой среде, препятствующей распылению материала и слипанию частичек. Количество жидкости составляет 0,4 л на 1кг размалываемого материала. Длительность измельчения изменяется от нескольких часов до нескольких суток. В производстве используют несколько типов шаровых мельниц. В различных типах шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц порошка до и после измельчения, называемое степенью измельчения, составляет 50… 100.
При более высокой частоте воздействия внешних сил на частицы материала применяют вибрационные мельницы (рис. 2).
В таких мельницах воздействие на материал заключается в создании сжимающих и срезывающих усилий переменной величины, что создает усталостное разрушение порошковых частиц. В показанной на (рис. 2) мельнице дисбалансный вал — вибратор 2, вращающийся с частотой 1000-3000 об/мин при амплитуде 2…4 мм вызывает круговые движения корпуса 1 мельницы с размольными телами и измельчаемым материалом. В этом случае измельчение протекает интенсивнее, чем в шаровых мельницах.
Особенности получения новых материалов с применением нанотехнологий
... методы получения порошков для изготовления наноматериалов Метод Вариант метода Материалы Физические методы Испарение и ... интенсивного измельчения и состоящие из мелких кристаллитов размером, подобным указанным выше. Последующие операции порошковой ... металла, висящая в индукционном поле, обдувается потоком высокочистого аргона, выносящего сконденсировавшиеся наночастицы в специальный порошковый ...
Тонкое измельчение трудно-размалываемых материалов часто выполняют на планетарных центробежных мельницах с шарами, используемыми для размола. По сравнению с шаровыми мельницами в планетарных центробежных мельницах, размол в сотни раз интенсивнее и одновременно в несколько раз менее производителен. Так эта мельница периодического, но не непрерывного (как шаровая) действия с ограниченной загрузкой измельчаемого материала.
Для размола пластичных материалов используют процесс измельчения, в котором разрушающие удары наносят сами частицы измельчаемого материала. Для этого используют вихревые мельницы.
Распыление и грануляция жидких металлов является наиболее простым и дешевым способом изготовления порошков металлов с температурой плавления до1600 С: алюминия, железа, сталей, меди, цинка, свинца, никеля и других металлов и сплавов.
Сущность измельчения расплава состоит в дроблении струи расплава либо высоко энергонасыщенным газом или жидкостью, либо механическим распылением, либо сливанием струи расплава жидкую среду (например воду).
Из многих вариантов наиболее широко применяется схема распыления металлов, представленная на (рис. 3).
Основной частью технологического узла является форсунка.
Рис. 3
Для распыления металл плавят в электропечах. В зависимости от свойств расплава и требований к качеству порошке распыление осуществляют воздухом, азотом, аргоном, гелием, а для защиты от окисления инертным газом. Распыление воздухом — самый экономичный способ изготовления порошков. Основные параметры процесса распыления: давление и температура газового потока, температура расплава. Охлаждающей средой для распыленной струи может быть вода, газ, органическая жидкость.
При различных условиях распыления получают частички порошка каплеобразной, шарообразной и других форм. Размеры частиц получают от 1 мм до сотых долей миллиметра.
Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, я в ряде случаев существенно повышается экономические показатели производства. При этом способе практически в большинстве случаев коэффициент использование материала составляет около 100%.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/metodyi-polucheniya-poroshkov/
1. Технология конструкционных материалов: учебник/ О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, А.С. Чаус и др.; под общей редакцией О.С. Комарова. — Мн.: Новое знание, 2005. — 560 с.
2. Технология металлов. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К., «Металлургия», 1974. 648 с.
Порошковые материалы
... нагружаемых изделий сложной формы. 2. Порошковые материалы Это материалы, изготовленные методом, порошковой металлургии -- технологическим процессом, охватывающим производство порошков металлов, сплавов и металлоподобных соединении, а ... распыленных порошков зависят от поверхностного натяжения расплава, скорости распыления, геометрии форсунок и других факторов. Распыление водой часто проводят в среде ...
3. Знакомьтесь — порошковая металлургия. Либенсон Г.А. М., «Металлургия», 1976. 56 с.
4. Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. М. Металлургия 1978.184с.
5. Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении. М.Машиностроение. 1973.126с.
6. Справочное пособие Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М. Металлургия, 1975. 200с.
