IX. Технологический процесс изготовления

ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

При разработке материалов и изготовлении деталей методом порошковой металлургии используют порошки металлов и их сплавов или неметаллических веществ. Технология порошковой металлургии включает
в себя следующие этапы: получение порошков, подготовку их к формованию, изготовление смеси порошков, формование из них заготовок, спекание заготовок и при необходимости дополнительную обработку спеченных изделий. Метод порошковой металлургии позволяет получать материалы, которые другими методами получить невозможно: из металлов со значительной разницей в температуре плавления (например W-Сu, W-Ag, Мо-Сu), из металлов и неметаллов (бронза - графит), из химичеcких соединений (твердые сплавы из карбидов WC, TiC и др.), материалы с заданной пористостью (вкладыши подшипников, фильтры); электрическими, магнитными и другими свойствами.

Порошковая металлургия, кроме того, отличается минимальными отходами материалов, позволяет резко сократить станочный парк и число рабочих для производства деталей.

Получение порошков

Для изготовления спеченных изделий применяют порошки размером от 0,5 до 500 мкм. Получают такие порошки механическими и химическими методами.

Механические методы. К ним относятся: распыление жидкого металла, размол стружки и других отходов металлообработки, дробление
в вибрационной мельнице.

Распыление жидкого металла осуществляется струей воды или газа
под давлением 50...100 МПа. Этим методом получают порошки железа, ферросплавов, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, цветных металлов.

Размол отходов металлообработки осуществляют в вихревых или шаровых мельницах.

Дробление в вибрационной мельнице применяют для получения порошков из твердых и хрупких материалов (карбидов, оксидов, керамики и др.).

Химические методы заключаются в восстановлении металлов из оксидов или солей углеродом, водородом, природным газом. Восстановлением получают порошки железа (из окалины), вольфрама, молибдена, хрома, меди и других металлов. Сюда же относится метод термической диссоциации карбонилов – соединений типа Ме _х (СО) _у (где Ме – один из металлов), обеспечивающий получение порошков высокой чистоты.

Этим методом получают порошки железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Подготовка порошков к формованию

Для получения качественных заготовок или деталей порошки предварительно отжигают, разделяют по размерам частиц, смешивают.

Отжиг порошка способствует восстановлению оксидов, удалению углерода и других примесей, а также устранению наклепа, что стабилизирует его свойства и улучшает прессуемость. Отжигу чаще подвергают порошки, полученные механическим измельчением.

Порошки размером более 50 мкм разделяют с помощью набора сит
с различным сечением ячеек, а более мелкие – воздушной сепарацией. Конечные свойства порошковых изделий в значительной степени определяются качеством смешивания компонентов шихты. Эта операция обычно осуществляется в специальных смесителях, шаровых или вибрационных мельницах и другими способами.

В ряде случаев в порошковую массу вводят различные технологические наполнители, улучшающие прессуемость порошков (например раствор каучука в бензине), обеспечивающие получение заготовок экструдированием (выдавливанием) или их механическую обработку (парафин, воск), получение заготовок литьем (спирт, бензол) и др.

Формовка заготовок

Процесс формования заготовок состоит в уплотнении порошка под действием приложенного давления с целью получения из него заготовок определенной формы. Формование осуществляется прессованием, экструдированием, прокаткой.

Прессование обычно производится в холодных или горячих пресс-формах. Крупные заготовки получают гидростатическим способом.

Рис. 105. Схемы холодного прессования: а – односто- роннеe: б – двустороннее

а б

4 3 2 1

Холодное прессование заключается в следующем (рис. 105). В стальную матрицу 3 пресс-формы с поддоном 1 засыпают определенное количество порошковой шихты 2 и прессуют ее пуансоном 4. При этом резко уменьшается объем порошка, увеличивается контакт между отдельными частицами, происходит механическое их сцепление. Поэтому прочность прессовки повышается, а пористость уменьшается. Недостатком такой схемы прессования является неравномерность распределения давления по высоте заготовки из-за трения ее о стенки матрицы 3. Поэтому заготовки, полученные в таких пресс-формах, обладают различной прочностью, плотностью и пористостью по высоте. Таким способом получают заготовки простой формы и небольшой высоты.

Для устранения этого недостатка применяют двустороннее прессование с помощью двух подвижных пуансонов 4. При такой схеме, кроме того, давление прессования уменьшается на 30...40 %.

В зависимости от требуемой пористости и прочности материала заготовки, а также ее формы давление прессования составляет 0,1...1 ГПа.

Горячее прессование совмещает формование и спекание заготовок. Этот процесс осуществляется в графитовых пресс-формах при индукционном или электроконтактном нагреве. Благодаря высокой температуре давление при горячем прессовании можно значительно уменьшить.

Горячее прессование отличается малой производительностью, большим расходом пресс-форм, поэтому применяется, главным образом,
для получения заготовок из жаропрочных материалов, твердых сплавов, чистых тугоплавких металлов (W, Мо).

Рис. 106. Схема формования порошков экструдированием: 1 - заготовка; 2 - матрица; 3 - шихта; 4 - контей- нер; 5 - пуансон

4 3 2

Гидростатическое прессование заключается в обжатии порошка, помещенного в эластичную (например, резиновую) оболочку, с помощью жидкости в гидростате под давлением до 2 ГПа. Этот метод позволяет получать крупногабаритные заготовки типа цилиндров и труб с равномерной плотностью по всему объему.

Экструдированием называется процесс формования заготовок выдавливанием шихты через матрицу с отверстиями различного сечения (рис. 106). Для этого исходный порошок замешивают с пластификатором (парафином, воском) в количестве, обеспечивающем шихте консистенцию пластилина. Этим способом получают прутки, профили различного сечения. Для получения полых изделий (труб и др.) в матрице располагают соответствующую оправку.

Прокатка осуществляется путем обжатия порошковой шихты между горизонтально расположенными валками. Этим способом получают пористые и компактные ленты, полосы и листы толщиной 0,02...3 мм и шириной до 300 мм из железа, никеля, нержавеющей стали, титана и других металлов. Процесс прокатки легко совмещается со спеканием и другими видами обработки. Для этого полученную заготовку пропускают через проходную печь и затем подают на прокатку с целью калибровки.

Прокаткой можно получать и двухслойные заготовки (например железо - медь). Для этого в бункере необходимо установить перегородку для разделения его на две секции вдоль вaлков.