Порошкова металургія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Порошкова металургія

Порошкова металургія, область техніки, що охоплює сукупність методів виготовлення порошків металів і металлоподобних з'єднань, напівфабрикатів і виробів з них (або їх сумішей з неметалічними порошками) без розплавлення основного компонента. Технологія П. м. включає наступні операції: здобуття вихідних металевих порошків і приготування з них шихти (суміші) із заданими хімічним складом і технологічними характеристиками; формування порошків або їх сумішей в заготовки із заданими формою і розмірами (головним чином пресуванням ) ; спікання, тобто термічну обробку заготовок при температурі нижче за точку плавлення всього металу або основної його частини. Після спікання виробу зазвичай мають деяку пористість (від декількох відсотків до 30—40%, а в окремих випадках до 60%). З метою зменшення пористості (або навіть повного усунення її), підвищення механічних властивостей і доведення до точних розмірів застосовується додаткова обробка тиском (холодна або гаряча) спечених виробів; інколи застосовують також додаткову термічну, термохімічну або термомеханічну обробку. У деяких варіантах технології відпадає операція формування: спекают порошки, засипані у відповідні форми. У ряді випадків пресування і спікання об'єднують в одну операцію т.з. гарячого пресування — обтискання порошків при нагріві.

загрузка...

  Здобуття порошків. Механічне подрібнення металів виробляють у вихрових, вібраційних і кульових млинах. Інший, досконаліший метод здобуття порошків — розпиляв рідких металів: його достоїнства — можливість ефективного очищення розплаву від багатьох домішок, висока продуктивність і економічність процесу. Поширено здобуття порошків заліза, міді, вольфраму, молібдену високотемпературним відновленням металу (зазвичай з оксидів) вуглецем або воднем. Знаходять вживання гідрометалургійні методи відновлення розчинів з'єднань цих металів воднем. Для здобуття мідних порошків найчастіше використовують електроліз водних розчинів. Є та інші, менш поширені методи приготування порошків різних металів, наприклад електроліз розплавів і термічна дисоціація летких з'єднань (карбонільний метод).

  Формування порошків. Основний метод формування металевих порошків — пресування в прес-формах із загартованої сталі під тиском 200—1000 Мн/м 2 (20—100 кгс/мм 2 ) на швидкохідних автоматичних пресах (до 20 пресувань в 1 мін ) . Пресування мають форму, розміри і щільність, задані з врахуванням зміни цих характеристик при спіканні і подальших операціях. Зростає значення таких нових методів холодного формування, як ізостатичне пресування порошків під всестороннім тиском, плющення і екструзія порошків.

  Спікання проводять в захисному середовищі (водень; атмосфера, що містить з'єднання вуглецю; вакуум; захисні засипки) при температурі близько 70—85% від абсолютної точки плавлення, а для багатокомпонентних сплавів — декілька вище за температуру плавлення найбільш легкоплавкого компонента. Захисне середовище повинне забезпечувати відновлення оксидів, не допускати утворення небажаних забруднень продукції (кіптяви, карбідів, нітриду і т.д.), запобігати вигоранню окремих компонентів (наприклад, вуглецю в твердих сплавах), забезпечувати безпеку процесу спікання. Конструкція печей для спікання повинна передбачати проведення не лише нагріву, але і охолоджування продукції в захисному середовищі. Мета спікання — здобуття готових виробів із заданими щільністю, розмірами і властивостями або напівпродуктів з характеристиками, необхідними для подальшої обробки. Розширюється вживання гарячого пресування (спікання під тиском), зокрема ізостатичного.

  П. м. має наступні достоїнства, що зумовили її розвиток. 1) Можливість здобуття таких матеріалів, які важко або неможливо отримувати ін. методами. До них відносяться: деякі тугоплавкі метали (вольфрам, тантал); сплави і композиції на основі тугоплавких з'єднань (тверді сплави на основі карбідів вольфраму, титану і ін.): композиції і т.з. псевдосплави металів, що не змішуються в розплавленому вигляді, особливо при значній різниці в температурах плавлення (наприклад, вольфрам — мідь); композиції з металів і неметалів (мідь — графить, залізо — пластмаса, алюміній — окисел алюмінію і т.д.); пористі матеріали (для підшипників, фільтрів ущільнень, теплообмінників) і ін. 2) Можливість здобуття деяких матеріалів і виробів з вищими техніко-економічними показниками. П. м. дозволяє економити метал і значно знижувати собівартість продукції (наприклад, при виготовленні деталей литвом і обробкою різанням інколи до 60—80% металу втрачається в ливники, йде в стружку і т.п.). 3) При використанні чистих вихідних порошків можна отримати спечені матеріали з меншим вмістом домішок і з точнішою відповідністю заданому складу, чим в звичайних литих сплавів. 4) При однаковому складі і щільності в спечених матеріалів у зв'язку з особливістю їх структури у ряді випадків властивості вищі, ніж в плавлених, зокрема менше позначається несприятливий вплив переважного орієнтування (текстури), яке зустрічається в ряду литих металів (наприклад, берилія) унаслідок специфічних умов твердіння розплаву. Великий недолік деяких литих сплавів (наприклад, швидкорізальних сталей і деяких жароміцних сталей) — різка неоднорідність локального складу, викликана ліквацією при твердінні. Розміри і форму структурних елементів спечених матеріалів легко регулювати, і головне, можна отримувати таких типів взаємного розташування і форми зерен, які недосяжні для плавленого металу. Завдяки цим структурним особливостям спечені метали більш термостійкі, краще переносять дію циклічних коливань температури і напруги, а також ядерного опромінення, що дуже важливе для матеріалів нової техніки.

  П. м. має і недоліки, гальмівні її розвиток: порівняно висока вартість металевих порошків; необхідність спікання в захисній атмосфері, що також збільшує собівартість виробів П. м.; трудність виготовлення в деяких випадках виробів і заготовок великих розмірів; складність здобуття металів і сплавів в компактному безпористому стані; необхідність вживання чистих вихідних порошків для здобуття чистих металів.

  Недоліки П. м. і деякі її достоїнства не можна розглядати як чинники, що постійно діють: в значній мірі вони залежать від стану і розвитку як самій П. м., так і ін. галузей промисловості. У міру розвитку техніки П. м. може витіснятися з одних областей і, навпаки завойовувати інші. Вперше методи П. м. розробили в 1826 П. Р. Собольовський і В. Ст Любарський для виготовлення платинових монет. Необхідність використання для цієї мети П. м. була обумовлена неможливістю досягнення у той час температури плавлення платини (1769 °С). В середині 19 ст у зв'язку з розвитком техніки здобуття високих температур промислове використання методів П. м. припинилося. П. м. відродилася на рубежі 20 ст як спосіб виробництва з тугоплавких металів ниток напруження для електричних ламп. Методи дугового, електроннопроменевого, плазмового плавлення і електроімпульсного нагріву, що проте розвивалися надалі, дозволили отримувати не досяжні раніше температури, унаслідок чого питома вага П. м. у виробництві цих металів дещо знизилася. В той же час прогрес техніки високих температур ліквідовував такі недоліки П. м., що обмежували її розвиток, як, наприклад, трудність приготування порошків чистих металів і сплавів: метод того, що розпиляло дає можливість з достатньою повнотою і ефективністю видалити в шлак домішки і забруднення, що містилися в металі до розплавлення. Завдяки створенню методів всестороннього обтискання порошків при високих температурах в основному здолані і труднощі виготовлення безпористих заготовок крупних розмірів.

  В той же час ряд основних достоїнств П. м. — чинник, що постійно діє, який, ймовірно, збереже своє значення і при подальшому розвитку техніки.

  Про властивості і вживання продукції П. м. див.(дивися) в ст. Спечені матеріали .

 

  Літ.: Федорченко І. М., Андрієвський Р. А., Основи порошкової металургії, До., 1961; Бальшин М. Ю.. Наукові основи порошкової металургії і металургії волокна, М., 1972; Кипарисів С. С., Лібенсон Р. А., Порошкова металургія, М., 1972.

  М. Ю. Бальшин.