50. Формование и спекание порошков, области применения

Спекаемость – это прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах. Заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодное, горячее, гидростатическое) и прокаткой. В зависимости от размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно– и двустороннее прессование. Односторонним получают заготовки простой формы и заготовки типа втулок. Путем двустороннего прессования проводят формообразование заготовок сложной формы.

При горячем прессовании технологически совмещаются процессы формообразования и спекания заготовки. В результате горячего прессования получаются материалы, характеризующиеся высокой прочностью, плотностью и однородностью структуры. Для изготовления пресс-форм лучше всего подходит графит.

Гидростатическое прессование применяют для получения металлокерамических заготовок. В качестве рабочей жидкости используют масло, воду, глицерин.

Выдавливанием изготовляют прутки, трубы и профили различного сечения. Профиль изготовляемой детали зависит от формы калиброванного отверстия пресс-формы. В качестве оборудования используют механические и гидравлические прессы.

Прокатка – один из наиболее производительных и перспективных способов, который используется для переработки порошковых материалов. В некоторых случаях процесс прокатки совмещают со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок.

Спекание проводят с целью повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрессованных заготовках отдельные частицы имеют малую долю контакта, поэтому спекание сопровождается ростом контактов между отдельными частицами порошка. В зависимости от времени и температуры спекания происходит увеличение прочности и плотности в результате активизации процесса образования контактных поверхностей. Если технологические параметры превышаются, это может привести к снижению прочности в результате роста зерен кристаллизации.

К атмосфере спекания предъявляются требования – безокислительные условия нагрева заготовок.

Заготовки после процесса спекания подвергают дополнительной обработке с целью повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоративных покрытий и защиты поверхности детали от коррозии.

Для повышения физико-механических свойств, спеченных заготовок применяют повторное прессование и спекание, пропитку смазочными материалами, термическую или химико-термическую обработку.

Повторное прессование и спекание позволяет получать детали с более высокой плотностью. Спеченные материалы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке при повышенных температурах. Обработка давлением позволяет снизить пористость материалов и повысить их пластичность.

Порошковые металлические материалы – это изготовленные при помощи метода приготовления порошковой шихты, формирования и спекания спеченные материалы. К данным материалам можно отнести твердые сплавы, дисперсноупрочненные композиты, анти– и фрикционные материалы, порошковые стали, спеченные цветные металлы, пористые металлические материалы.

Для того чтобы получить спеченные детали из порошковой стали, используются смеси порошков железа и легирующих порошков, а также порошки углеродистых и легированных сталей. Способы получения порошковых сталей: холодное прессование и спекание; двойное прессование и спекание; горячее прессование; горячая штамповка. Термическая обработка порошковых сталей осуществляется в специальных защитных средах. С целью предотвращения процесса окисления для охлаждения сталей используется масло или вода. Порошковые стали имеют один характерный структурный элемент – поры. Чем больше пористость материала, тем ниже плотность, прочность и ударная вязкость стали. Но многие характеристики материалов зависят от пористости не монотонно. Так, трещиностойкость и ударная вязкость порошкового железа изменяется немонотонно в зависимости от пористости.

Широкое распространение в современном машиностроении получили порошковые спеченные антифрикционные материалы, приготовляемые с использованием медной и стальных матриц. Для приготовления более прочных и качественных материалов используются специальные добавки: фтористый кальций, графит, турбост-ратный нитрид бора. В результате после процесса спекания образуется пористая структура. В поровых каналах данной структуры могут сохраняться частицы масла и другие жидкие смазки. Материалы с пористой структурой являются наиболее подходящими для замены бронзовых и баббитовых металлических антифрикционных сплавов, которые достаточно дорогостоящие в применении.

В порошковой металлургии производится минералокерамика, которая получается при использовании железа, кобальта и других тугоплавких металлов. Изделия из бериллия также изготавливаются методами порошковой металлургии. Процесс изготовления: формование и спекание, горячая пластическая деформация.