Рис.1

«В чем специфические особенности
получения заготовок методом
порошковой металлургии?»
Порошковая
металлургия
-
отрасль
науки
и
техники,
охватывающая производство металлических порошков, а также изделий из них или
их смесей с неметаллическими порошками. Важными отличительными чертами
данной отрасли является получение веществ в порошкообразном состоянии и
операции нагрева (спекания) заготовок из порошков при температуре ниже точки
плавления соответствующего металла или, в случае смеси разнородных порошков,
ниже температуры плавления наименее тугоплавкого компонента основы. Итак,
последовательное осуществление в едином цикле операций получения порошка и
превращение его в изделие составляет суть порошковой металлургии.
Среди имеющихся разнообразных способов обработки металлов
порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет
не только делать изделия различных форм и назначений, но и создавать
принципиально новые материалы, получить которые другими путем крайне трудно
или вообще невозможно. Порошковая металлургия успешно конкурирует с литьем,
обработкой давлением, резанием и другими методами, дополняя или заменяя их.
Заслуга выделения специфических приемов обработки металлов и
объединения их в особый технологический метод - порошковую
металлургию - принадлежит русскому ученому Петру Григорьевичу
Соболевскому (1782-1841), которому в работе помогал химик Василий
Васильевич Любарский (1795-1854). В 1826-1827 году была разработана
технология изготовления изделий из платинового порошка (монеты, тигли и
др.)., Промышленный выпуск которых опередил работу англичанина
Волластана, предложивший в 1828 году аналогичный способ получения
компактной платины. Первым металлом порошковой металлургии стала
платина, поскольку в то время из-за высокой температуры плавления нельзя
было применить традиционное для обработки драгоценных металлов литья.
Развитие техники сделал возможным достижение высоких
температур, что привело к освоению производства платиновых изделий
литьем, в связи с чем до середины XX века о порошковую металлургию
снова забыли и вспомнили лишь через 50 лет, когда бурное развитие
электротехники потребовал материалов (таких как проволока из
тугоплавких металлов, медно-графитовые щетки и т.п. ), которые нельзя
было изготовить обычными, известными в то время методами. Затем
появились
разнообразные
изделия
из
порошков:
самосмазывающихся вальници, твердые сплавы для обработки
высокопрочных новых материалов, магнитные материалы.
Схема производства
 Типовая технологическая схема производства заготовок и изделий методом
порошковой металлургии включает четыре основные операции:
 получения порошка исходного материала;
 формирование заготовки из него;
 спекания;
 окончательную обработку (регулирования структуры, калибровки,
механическую и химико-термическую обработки).
 Каждая из указанных операций вносит свой важный вклад в формирование
всех свойств конечных порошковых изделий. Возможные отклонения от
приведенной типовой технологической схемы могут выражаться в сочетании
операций формирования и спекания при горячем прессовании, в спекании
свободно насыпанного порошка (при отсутствии формируемой заготовки из
порошка), в отсутствии какой-либо обработки после спекания и др..
 Совокупность основных технологических операций позволяет решать с
помощью порошковой металлургии две важнейших задачи:
Схема производства
 изготовления материалов и изделий с особыми составами, структурами и
свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером
могут служить порошковые материалы и пористые изделия
(антифрикционные, фрикционные изделия, фильтры и др.).,
высокотемпературные тугоплавкие металлы, дисперснозмицненни,
волокнистые материалы и др.)., инструментальные (твердые
сплавы, сверхтвердые материалы и др..) и др..;
 удешевления изготовления материалов и изделий с обычными составами,
структурами и свойствами.
Формования изделий из порошков
Формирование - это процесс получения заготовки
(изделия) заданной формы и размеров в результате
уплотнения порошка. Перед формированием порошок
подвергают термообработке (отжига) с целью повышения
пластичности и улучшение его способности к прессования
или прокатки. Наиболее распространенным способом
формирования готовых изделий является холодное и
горячее прессование, вальцовки и шликерной литья.
Схема автоматического
формирования
Способы формообразования
заготовок и деталей
 Рис.1. Схемы холодного прессования:
 а – одностороннее; б – двустороннее

Заготовки и детали из металлических порошков
формообразуют прессованием (холодное, горячее,
гидростатическое) и прокаткой.
 Холодное прессование. В пресс-форму 2 засыпают определенное
количество подготовленного порошка 3 и прессуют пуансоном 1
(рис.1, а). В процессе прессования увеличивается контакт между
частицами, уменьшается пористость, деформируются или
разрушаются отдельные частицы. Прочность получаемой
заготовки обеспечивается силами механического сцепления
частиц порошка, электростатическими силами притяжения и
трения.
 С увеличением давления прессования прочность возрастает. Давление
распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния
сил трения порошка о стенки пресс-формы. Это является причиной получения
заготовок с различной прочностью и пористостью по высоте. В зависимости от
габаритных размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно- и
двустороннее прессование.
 Односторонним прессованием (рис.1, а) изготовляют заготовки простой
формы с отношением высоты к диаметру меньше единицы и заготовки типа
втулок с отношением диаметра к толщине стенки меньше трех, вследствие
чего обеспечивается равномерная плотность получаемых заготовок.
Двусторонним прессованием (рис.1, б) получают заготовки сложной формы,
при этом требуемое давление для получения равномерной плотности
уменьшается на 30–40%.
 При извлечении детали из пресс-формы ее размеры увеличиваются. Величина
упругого последействия в направлении прессования составляет 0,3–0,5% и
0,1–0,2 – в направлении, перпендикулярном прессованию. Указанное
необходимо учитывать при расчете исполнительных размеров пресс-форм.
 Давление прессования составляет 200–1000 МПа в зависимости от требуемой
плотности, размеров, формы прессуемой детали, вида прессуемого порошка и
других факторов. Использование вибрационного прессования позволяет резко
(в 50–100 раз) уменьшить потребное давление. Рабочие детали пресс-форм
изготовляли из высоколегированных, инструментальных сталей и твердых
сплавов.
 Горячее
прессование.
При
таком
прессовании
технологически совмещаются процессы формообразования
и спекания заготовки с целью получения готовой детали.
Горячим прессованием получают детали из твердых
сплавов и специальных жаропрочных материалов.
Изготовляемые
детали
характеризуются
высокой
прочностью, плотностью и однородностью материала. При
горячем прессовании применяют графитовые прессформы. Высокая температура порошка позволяет
значительно уменьшить необходимое давление. Горячее
прессование имеет и существенные недостатки: низкую
производительность, малую стойкость пресс-форм (4–7
прессовок), необходимость проведения процессов в среде
защитных газов, которые ограничивают применение
данного способа.
 Рис.2. Схема гидростатического прессования

 Гидростатическое прессование. Это прессование применяют для
получения металлокерамических заготовок, к которым не предъявляют
высоких требований по точности. Сущность процесса заключается в том,
что порошок 3, заключенный в эластическую резиновую или
металлическую оболочку 2, подвергают равномерному и всестороннему обжатию в
специальных герметизированных камерах 1 (рис.2). Давление жидкости достигает 3000
Mпа, что обеспечивает получение заготовок высокой прочти и плотности. При
гидростатическом прессовании отпадает необходимость в применении дорогостоящих
пресс-форм. Габаритные размеры изготовляемых заготовок зависят от конструкции
герметизированной камеры.
 Выдавливание. Этим способом изготовляют прутки, трубы и профили различного
сечения. Процесс получения заготовок
 заключается в выдавливании порошка через комбинированное отверстие прессформы. В порошок добавляют пластификатор до 10–12% от массы порошка,
улучшающий процесс соединения частиц и уменьшающий трение порошка о
стенки пресс-формы. Профиль изготовляемой детали зависит от формы
калиброванного отверстия пресс-формы. Полые профили выполняют с
применением рассекателя. Металлокерамические профили получают
выдавливанием на гидравлических и механических прессах.
 Рис.3. Схема прокатки порошков
 Прокатка. Этот способ – один из наиболее производительных и
перспективных способов переработки металлокерамических
материалов. Порошок непрерывно поступает из бункера 1 в зазор
между валками (рис.3, а). При вращении валков 3 происходит
обжатие и вытяжка порошка 2 в ленту или полосу 4 определенной
толщины. Процесс прокатки может быть совмещен со спеканием и
окончательной обработкой получаемых заготовок. В этом случае
лента проходит через проходную печь для спекания, а затем поступает на
прокатку, обеспечивающую заданную ее толщину.
 Прокаткой получают ленты из различных металлокерамических
материалов (пористых, твердосплавных, фрикционных и др.). За счет
применения бункеров с перегородкой (рис.3, б) изготовляют ленты из
различных материалов (двухслойные).
 Прокаткой из металлических порошков изготовляют ленты толщиной
0,02–3,0 мм и шириной до 300 мм. Применение валков определенной
формы позволяет получить прутки различного профиля, в том числе и
проволоку диаметром от 0,25 мм до нескольких миллиметров.
 Спекания изделий
 Изделия, полученные из порошков, имеют малую прочность. Чтобы придать
им большей прочности и твердости, их спекают. Спеканием называют отжига
изделий при температуре, которая составляет 0,7-0,8 температуры плавления
основной составляющей шихты. Время спекания составляет 1-2 часа. Во время
спекания в изделиях происходят сложные физико-химические процессы
( восстановление оксидов, диффузия, рекристаллизация, снятия остаточных
напряжений), улучшаются механические свойства и т.п..
 Спекания - процесс достаточно длительный, требует больших затрат энергии.
Чтобы сократить время спекания, используют ультразвук, магнитное поле и
т.п.. К химических факторов, которые ускоряют процесс спекания,
принадлежат окислительно-восстановительные реакции. Важную роль играет
состав атмосферы, в которой проводят спекания. Атмосфера может быть
защитной или восстановительной. В промышленности используют
атмосферы водорода, диссоциированной аммиака. Эффективным является
также вакуум. Однако использование вакуума повышает себестоимость
изделий.
Поэтому
в
вакууме
спекают
только
изделия
из
порошков титана, тантала, ниобия, бериллия.
 Спекания проводят в печах различного типа, которые работают периодически
и непрерывно. Печи периодического действия используют в ходе спекания
небольших партий порошковых изделий. В процессе массового производства
изделий используют методические печи непрерывного действия (конвейерные,
с подвижным подом т.п.).
 Окончательная обработка изделий
 В случае необходимости порошковые изделия подвергают еще
дополнительной обработке. Окончательная обработка состоит из
следующих операций: калибровки, резки, термической и
химико-термической обработки, повторного спекания т.д.. В
процессе калибровки уточняют размеры изделий, уплотняют и
полируют их поверхности и т.д.. Резания
( точения, сверления, фрезерования и т.д.) применяют тогда,
когда прессованием нельзя изготовить изделия нужной формы и
размеров, для нарезания внутренней и внешней резьбы,
получения узких, но глубоких отверстий и т.п.. В процессе резки
пользуются инструментами, изготовленными из сверхтвердых
сплавов или алмазов. Термическую и химико-термическую
обработку изделий проводят так же, как для металлов и сплавов.
Повторное прессования проводят тогда, когда во время первого
прессования нельзя получить изделие сложной формы.

Используемые источники
 http://osvarke.info/176-osnovnye-svedeniya-o-
poroshkovoj-metallurgii.html
 http://nado.znate.ru/Порошковая_металлургия
 http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00147097_
0.html
 Либенсон Г. А. Основы порошковой металлургии.
Металлургия. М., 1975.