Продукция из металла используется в крайней степени нерационально из-за применения обработки резанием, что снижает КИМ в ряде случаев до 60%. Следовательно использование технологических процессов порошковой металлургии является основным направлением технологического процесса.
Стоимость порошков значительно выше стоимости литья и проката, однако. расходы на основные материалы значительно ниже. Коэффициент использования металла высок- 0,95-0,97.
Технологические возможности получения заготовок из порошков
К материалам получаемым порошковой металлургией относятся: антифрикционные. Фрикционные, конструкционные , магнитные, инструментальные и ряд других.
Антифрикционные материалы
Это в первую очередь, детали узлов трения машин - подшипники скольжения.
Распорные шайбы. Втулки, кольца.
При этом экономится дорогой сплав баббит при производстве подшипников.
Снижается трудоемкость, экономятся цветные сплавы. Повышается производительность труда. Увеличиваются эксплуатационные характеристики узла.
Фрикционные материалы и изделия
Характеризуются высокими значениями коэффициента трения и износостойкостью. Заменяют сталь, чугун.
Порошковые фрикционные узлы изготавливаются в виде накладок различной конфигурации. Выпускаются материалы на медной и железографитовой основе.
· Фрикционные изделия на медной основе предназначены для работы в условиях смазки.
· Изделия из порошковых материалов на железной основе применяют для работы в условиях сухого трения.
Конструкционные материалы и изделия
Конструкционные порошковые материалы распространены в технике и применяются для производства различных деталей машин и приборов.
Экономический эффект достигается за счет уменьшения механообработки, снижения трудоемкости процесса, уменьшения станочного парка и используемых площадей.
Ненагруженные и малонагруженные изделия можно получить из порошков чистого железа с небольшими добавками графита.
Средне и сильно нагруженные из углеродистых и легированных сталей.
Используются порошки из цветных металлов и сплавов.
Наиболее распространенными методами получения деталей из порошковых материалов являются:
· Прессование и спекание;
· Двукратное прессование и спекание;
· Горячее прессование;
· Предварительное газостатическое прессование.
Изделия сложной конфигурации, которые невозможно получить формованием, прессуются и спекаются из отдельных элементов без особых трудностей.
Инструментальные материалы и изделия
Применяются при производстве инструментов.
Наиболее широко распространены порошковые твердые сплавы на основе карбида вольфрама и титана с кобальтовой связкой.
Прессуются с пластификаторами или из пластифицированных заготовок.
Технология производства сплавов на основе карбидотитана заключается в прессовании смеси порошков и спекании их.
Магнитные материалы и изделия
Магнитопроводы получают заданной формы размерами с минимальными затратами( себестоимость на 30-60% ниже).
Большое влияние на магнитные свойства порошков оказывает пористость.
Технологический процесс состоит из следующих операций:
· Смешивание порошков;
· Прессование шихты;
· Спекание в атомосфере инертного газа или вакууме;
· Повторное прессование;
· Повторное спекание.
Магнито-твердые материалы
Используются для производства постоянных магнитов.
Порошковые материалы более высокого качества. Они изготавливаются по нескольким технологическим вариантам:
· Шихту смешивают, а затем прессуют;
· Двухкратное прессование и спекание.
Получают ферриты и магнотодиэлектрики.
Пористые проницаемые материалы и изделия
Применяются для получения изделий с пористостью 20-60%.. используемых в качестве фильтров и тд.
Способы формования металлических порошков
1.Формование порошков на прессах.
При прессовании помещаются в пресс-форму и подвергаются сжатию. В результате они уплотняются и принимают форму соответствующей полости.
Способу свойственна - высокая производительность и точность, возможность механизации.
Наиболее распространен в крупносерийном и массовом производстве.
2.Изостатическое формование.
Порошок заключается в эластичную оболочку и подвергается всестороннему сжатию.
Получают крупногабаритные изделия с тонкими стенками и равномерной плотности.
Разновидность-прессование.
Гидростатическое прессование
Эластичная оболочка помещена в жидкость, через которую порошок получает требуемое давление.
Действующие установки позволяют прессовать цилиндры, трубы. Шары, и др. изделия.
Газостатическое прессование
Выполняется в газостатах, где рабочей средой является газ, при комнатной. Либо повышенной температурах.
Эффективно при изготовлении быстрорежущей стали.
Гидродинамическое прессование
Аналогично статическому, однако давление создается за счет энергии газов.,образовавшихся при взрыве. Установка проще и дешевле.
Способы прессования изостатическое и гидродинамическое- широко используются в промышленности.
Вибрационное формование
Выполняется в пресс-формах с использованием вибраторов. Наиболее эффективно для малопластичных материалов. В настоящее время используется наряду с статическим и изостатическим формованием.
Мундштучное формование
Применяется для получения деталей типа прутков и труб высокой точности.
Осуществляется путем продавливания сквозь отверстие в матрице смеси порошка с пластификатором.
Получают длинномерные изделия высокой плотности из труднодеформируемых порошков.
Прокат
Используется специальное оборудование. Сущность процесса иллюстрирована на Он состоит в следующем: подаче порошка из бункера в зазор между вращающимися навстречу друг ругу с одинаковыми скоростями валками.
Недостатком метода является наличие разрывов и неоднородностей по толщине поверхности, которое устраняется механической обработкой.
Спекание порошковых материалов
Спекание представляет собой термическую обработку, которой подвергается спрессованное изделие с целью придания им требуемых физико-механических свойств. Особенность спекания в том. что оно осуществляется без расплавления основного компонента порошковой шихты (0,7-0,9 Т ). Значение операции велико. На этой стадии происходит формование прочных металлических контактов.
В настоящее время спекание представляется отдельным процессом. Спекание подразделяется на два вида: твердофазное и жидкофазное.
В процессе спекания в большинстве случаев происходит усадка. В процессе спекания наблюдается рекристаллизация.
Усадка при спекании
Увеличение плотности и уменьшения объема спекаемых тел. Механизм усадки при спекании заготовок заключается в объемной деформации частиц под влиянием поверхностного натяжения.
Влияние дефектов кристаллического строения на усадку называется структурным фактором, а влияние упрочнения , связанное с повышением прочности брикетов и уменьшением деформации за счет увеличения площади контактных участков - геометрическим фактором.
В ряде случаев наблюдается не усадка порошковых материалов, а их рост.
Спекание производится в среде защитных газов или вакуума.
Оборудование порошковой металлургии.
Оборудование можно разделить на следующие группы:
· Для размола и смешивания порошков;
· Формования заготовок из порошков;
· Спекания порошковых изделий;
· Вспомагательное оборудование.
Для размола служат шнековые, валковые, барабанные , вихревые, вибрационные мельницы.
Для просева служат сепараторы.
Для смешивания- сместители непрерывногои периодического действия.
Для формовки: специализировнные(автоматы) и неспециализированные прессы(оборудование обработки давлением).
В качестве примера приводим схему кривошипно-коленного пресса.
1-
 |
пуансон, 2-заготовка, 3-пресс-форма
Рисунок 15 - Кривошипно-коленный пресс для прессования порошковых материалов
Технико-экономические показатели производства изделий
Основные операции техпроцесса: приготовление шихты. Прессование, спекание, дополнительная обработка.
Производство идет в спецехе на спецпердприятиях.
Основная экономия на материалах и на электроэнергии.