Основные понятия о технологических процессах порошковой металлургии. Структура и элементы технологических процессов порошковой ме

План

1. Основные  понятия о технологических процессах порошковой  

    металлургии. Структура и элементы технологических процессов  

    порошковой металлургии. Оборудование. Оснастка. Изделия

   1.1 Основные понятия о технологических процессах порошковой

        металлургии..………………………………………………….…………….3

  1.2 Структура и элементы технологических процессов порошковой

          металлургии..………………………………………………………………5

    1.3 Оборудование. Оснастка. Изделия……………………………………..7

2. Технико-экономические  показатели технологических

    процессов порошковой металлургии……………………………………..20

3. Основные направления и перспективы развития технологических

    процессов порошковой металлургии. Инновационные технологии

    3.1 Основные направления и перспективы развития технологических

    процессов порошковой металлургии……………………………….…….26

    3.2 Инновационные технологии……………………………………………..28

Список использованных источников.…………………………………………..47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Основные  понятия о технологических процессах  порошковой металлургии. Структура и элементы технологических процессов порошковой металлургии. Оборудование. Оснастка. Изделия. 
 

     1.1 Основные понятия о технологических  процессах порошковой металлургии  

     Порошковая металлургия, область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента.

     Технология порошковой металлургии включает следующие операции:

     - получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси) с заданными химическим составом и технологическими характеристиками;

     - формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами (главным образом прессованием);

     - спекание, т. е. термическую обработку заготовок при температуре ниже точки плавления всего металла или основной его части. После спекания изделия обычно имеют некоторую пористость (от нескольких процентов до 30-40 %, а в отдельных случаях до 60 %). С целью уменьшения пористости (или даже полного устранения её), повышения механических свойств и доводки до точных размеров применяется дополнительная обработка давлением (холодная или горячая) спечённых изделий; иногда применяют также дополнительную термическую, термохимическую или термомеханическую обработку. В некоторых вариантах технологии отпадает операция формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы. В ряде случаев прессование и спекание объединяют в одну операцию т. н. горячего прессования - обжатия порошков при нагреве. 

     Технологические процессы порошковой металлургии нашли  применение при производстве различных  металлоизделий, которые известными традиционными способами изготовить было невозможно. Это твердые сплавы, пористые металлические подшипники и фильтры, фрикционные и антифрикционные материалы. Технологические процессы порошковой металлургии позволяют максимально эффективно использовать материалы, получать композиционные материалы с уникальными свойствами.

     Сущность  технологического процесса изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией заключается в том, что металлы, сплавы или химические соединения металлов превращают в порошки  или гранулы различной фракции. Затем их смешивают в определенной пропорции, прессуют в пресс-формах, извлекают спрессованную заготовку и в специальных печах в условиях инертной среды или вакуума спекают в течении определенного времени и получают достаточно прочное соединение порошков или гранул в виде соответствующей формы полуфабриката или уже готового изделия. Часто для придания прессованным и спеченным порошковым заготовкам определенных свойств проводят дополнительную термообработку или пластическую деформацию, а затем обрабатывают резанием.

     В машиностроительной и инструментальной промышленности порошковой металлургией изготавливают твердосплавные инструменты, подшипники, зубчатые колеса, направляющие втулки, тормозные колодки и т.д. Важным преимуществом порошковой технологии является возможность изготавливать металлоизделия практически без отходов. 
 
 
 
 

     1.2 Структура и элементы технологических  процессов порошковой металлургии 

     Технологические процессы порошковой металлургии включают следующие операции:

     1. Приготовление шихты и дозировка. Сначала порошки очищают химическим, гидромеханическим или магнитными способами, затем измельчают в шаровых мельницах. Шихту разделяют на фракции путём просеивания через набор сит, а при величине зерна менее 50 мкм применяют воздушную сортировку. Подготовленные порошки смешивают и дозируют по массе или объёму.

     2. Формование в стальных прессформах применяют для мелких деталей. Для изготовления крупных изделий из тугоплавких металлов (труб, стержней) применяют гидростатическое прессование. Для получения листов, полос и лент применяют прокатку. На обычных же прессах возможно прессование только простых по форме деталей. Специальные прессы применяются для изготовления сложных изделий; они имеют до 4-6 независимых рабочих перемещений.

     3. Механическая доработка применяется для небольшого круга материалов, имеющих сравнительно высокую прочность после формования. Механическая доработка позволяет получить на изделии сложные фасонные элементы, невозможные для прессования (резьба).

     4. Спекание обеспечивает сцепление частиц порошка вследствие диффузии атомов. При правильном выполнении этого процесса частицы порошка «спаиваются» (слипаются) настолько прочно, что как бы перестают существовать самостоятельно. Спекание производят при температуре примерно равной (0,65-0,79) tпл основного компонента сплава в водородных или вакуумных печах для защиты от окисления.

     5. Горячее прессование заключается в одновременном прессовании и спекании, что сокращает время операции в 20-30 раз. Оно выполняется при меньшей температуре. Но недостатком этого процесса является низкая стойкость дорогих прессформ. Например, графитовые прессформы выдерживают 3-5 прессовок при температуре 1500°С.

     6. Калибрование. При обычном процессе порошковой металлургии можно получить детали сравнительно невысокой точности 10-12 кв и шероховатостью RZ=20-10 мкм. Для повышения точности таких деталей выполняют калибрование в специальных прессформах (точных!) при удельном давлении до 100кПа и при условии достаточной пластичности материала. При этом точность размеров повышается до 8-9кв (нормально) и RA 2,5-6,3мкм.

     Каждая  из операций вносит свой важный вклад  в формирование всех свойств конечных порошковых изделий. Возможные отклонения от приведенной типовой технологической  схемы могут выражаться в совмещении операций формования и спекания при горячем прессовании, в спекании свободно насыпанного порошка (при отсутствии формования заготовки из порошка), в отсутствие какой-либо обработки после спекания и др.

     Порошки, используемые в порошковой металлургии, состоят из частиц размером 0,01-500 мкм. Получают порошки металлов (или их соединений) механическим и физико-химическим методами.

          Впервые методы порошковой металлургии  разработали в 1826 П. Г. Соболевский и В. В. Любарский для изготовления платиновых монет. Необходимость использования для этой цели порошковой металлургии была обусловлена невозможностью достижения в то время температуры плавления платины (1769 °С). В середине 19 в. в связи с развитием техники получения высоких температур промышленное использование методов порошковой металлургии прекратилось. Порошковая металлургия возродилась на рубеже 20 в. как способ производства из тугоплавких металлов нитей накала для электрических ламп. Однако развивавшиеся в дальнейшем методы дугового, электроннолучевого, плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволили получать не достижимые ранее температуры, вследствие чего удельный вес порошковой металлургии в производстве этих металлов несколько снизился. Вместе с тем прогресс техники высоких температур ликвидировал такие недостатки порошковой металлургии, ограничивавшие её развитие, как, например, трудность приготовления порошков чистых металлов и сплавов: метод распыления даёт возможность с достаточной полнотой и эффективностью удалить в шлак примеси и загрязнения, содержавшиеся в металле до расплавления. Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких температурах в основном преодолены и трудности изготовления беспористых заготовок крупных размеров. 

         1.3 Оборудование. Оснастка. Изделия 

     К основным механическим методам получения  порошков относятся:

     1. Дробление и размол твердых материалов. Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, к.п.д. которых сравнительно невелик. Получают порошки Fe, Cu, Mn, латуни, бронзы, хрома, алюминия, сталей.

     2. Диспергирование расплава. Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, чугуна, стали.

     3. Грануляция расплава. Порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные порошки железа, меди, свинца, олова, цинка.

     4. Обработка твердых (компактных) металлов резанием.

     При станочной обработке литых металлов или сплавов подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Получают порошки стали, латуни, бронзы, магния.

     Твердые тела измельчают в мельницах с  мелющими телами (барабанные вращающиеся, вибрационные, планетарные мельницы), ударного действия (вихревые, струйные, центробежные) и с вращающимися частями (аттриторы, дисковые, кавитационные, молотковые, роторные) (рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4). При измельчении в мельницах хрупких материалов частицы порошка имеют осколочную форму, при измельчении пластичных материалов - чешуйчатую. Измельченные порошки характеризуются наклепом (изменением структуры и свойств, вызванным пластической деформацией) и, как правило, подвергаются отжигу.

     

Рис. 1.1 - Схема барабанно-шаровой мельницы: 1 - барабан; 2 - броневые плиты; 3 - изоляция (от шума и тепловая); 4 - торцовый фланец мельницы; 5 - входной патрубок; 6 - выходной патрубок; 7 - ведомая шестерня; 8 - шары.

     

     Рис. 1.2 - Схема вибромельницы: 1 - помольная камера; 2 - мелющие тела (металлические шары, цильпебсы); 3 - нижний вибровозбудитель; 4 - верхний вибровозбудитель; 5 - соединительная муфта; 6 - упругие опоры (пружины, виброизоляторы); 7 - лепестковая муфта; 8 - подшипниковый блок; 9 - электродвигатель; 10 - опорная рама; 11 - натяжное устройство;

12 - защитный кожух. 

       

                        Рис. 1.3 - Схема вибрации 

       
 

Рис. 1.4 - Схема вертикальной центробежной мельницы со встроенным классификатором: 1 - питание мельницы фракции менее 70 мм; 2 -ускоритель; 3 - отбойная плита; 4 - воздушный классификатор; 5 - выгрузка недоизмельчённого материала; 6 - недоизмельчённый материал; 7 - электропривод; 8 - выгрузка готового продукта. 

     Другим  распространенным методом получения  порошков является диспергирование  расплавов. Диспергирование расплавленного металла или сплава струей сжатого газа, жидкости или механическим способом позволяет получать порошки, называемые распыленными. Процесс характеризуется высокими производительностью, технологичностью, степенью автоматизации и сравнительно малыми энергозатратами, экологически чистый. Промышленное производство порошков в нашей стране составляет в соотношении 4-5 : 1 в пользу распыленных порошков.