Порошки тугоплавких металлов

Сплавы, получаемые методами порошковой металлургии

1. Методы получения порошков

Порошки используются для получения порошковых сплавов. Такой сплав представляет собой металлический порошок (железный, из цветных металлов, в некоторых случаях — с добавкой графита или других примесей), спрессованный при высоком давлении и подвергнутый спеканию. Такой способ получения порошковых сплавов называется порошковой металлургией. Она позволяет создавать изделия с особыми свойствами, которые нельзя получить никакими другими методами, — пористые самосмазывающиеся подшипники, сплавы из таких несплавляющихся металлов, как вольфрам и медь, а также изготовлять большинство тугоплавких металлов, многокомпонентные смеси и т.д.

Порошки получают различными способами:

1. механическим измельчением железной и стальной стружки в шаровых, молотковых и вихревых мельницах;
2. восстановлением из оксидов тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, железа и др.);
3. электролитическим осаждением — меди, олова, железа и др.

Для получения порошков исходных компонентов служат различные технологии в зависимости от природы сырья. Для получения карбида вольфрама — основного компонента большинства твердых сплавов — используют карбидизацию порошкообразного металлического вольфрама в среде углеродосодержащего газа.

Металлический вольфрам получают в две стадии. На первой в результате разложения вольфрамовой кислоты образуется оксид вольфрама, который на второй стадии подвергают восстановлению в среде водорода (H2W4 → WO3 + H2OWO3 +3H2 → W + 3H2O и, наконец, 2WC2H → 2WCH2).

Карбид титана (TiC), являющийся компонентом и твердых сплавов, и режущей керамики, получают восстановлением окиси титана (TiO + C2H2 → TiC + CO + H2).

Оксид алюминия (Al2O3) — основа некоторых видов керамики — может быть получен переработкой бокситов, в которых его содержание составляет от 50 до 100%, а также обжигом глинозема.

Нитрид кремния может быть получен азотированием кремниевого порошка.

Металлический кобальт, являющийся связкой большинства твердых сплавов, получают восстановлением окислов кобальта в среде водорода.

Наиболее распространенный способ приготовления смесей — размол в шаровых мельницах. При этом происходят измельчение порошков, их перемешивание с целью получения однородной массы. Время размола составляет от 2–3 до 4–5 суток в зависимости от требований к дисперсности порошка.

2. Формирование заготовок и изделий

Формование заготовок и изделий для последующего спекания может осуществляться различными методами:

1. прессованием в пресс-формах;
2. гидростатическим прессованием;
3. мундштучным прессованием (методом шприцевания или выдавливания);
4. шликерным литьем (отливкой суспензий).

Наиболее распространенной технологией в порошковой металлургии является прессование в пресс-формах. Давление прессования составляет 500…600 МПа. При прессовании важно обеспечить высокую и равномерную плотность смеси по объему. От степени уплотнения зависит величина усадки при последующем спекании. Чем выше пористость заготовки, тем больше усадка, т.е. тем сильнее меняются размеры спеченного изделия. Если заготовка имеет неодинаковую плотность по объему, то вследствие различной усадки происходит искажение формы.

Исходные порошки инструментальных материалов обладают малой пластичностью. Это не позволяет обеспечить равномерную плотность при одностороннем прессовании (при одностороннем прессовании цилиндрических заготовок высотой 25…30 мм из порошков твердого сплава фактическое давление в нижних слоях смеси — у дна пресс-формы — составляет всего 20…30% от приложенного к пуансону).

Для получения более равномерной плотности по объему используют двустороннее прессование, при котором давление к уплотняемому порошку прикладывают с двух сторон.

При прессовании твердых сплавов в смесь вводят пластифицирующие вещества — пластификаторы, облегчающие скольжение частиц друг относительно друга и стенок пресс-формы, что способствует большей степени уплотнения смеси. В качестве пластификаторов используют раствор синтетического каучука в бензине, парафин. Кроме того, пластификаторы придают заготовкам некоторую прочность за счет клеящей способности. Такие заготовки можно обрабатывать резанием либо непосредственно после формования, либо после предварительного спекания при 800…1000°С, когда заготовки имеют большую пористость, облегчающую их обработку резанием. Это позволяет изготавливать изделия сложной формы, но вследствие высокой хрупкости при резании могут возникать выкрашивания или даже поломки.

3. Твердые сплавы

Основной фазой твердых сплавов являются карбиды или карбидонитриды в количестве 80% и более. Твердые сплавы имеют высокие твердость 87…92 HRA (HRC = 2HRC-104) и теплостойкость (80…1100°С), поэтому допустимые скорости резания при использовании твердосплавного инструмента также высокие — 100…300 м/мин.

В зависимости от типа твердой фазы — карбиды, карбонитриды — и металла связки твердые сплавы делятся на следующие группы:

1. WС—Co — вольфрамкобальтовые типа ВК;
2. WС—TiC—Co — титановольфрамокобальтовые типа ТК;
3. WС—TiC—Co — титанотанталовольфрамокобальтовые типа ТТК;
4. TiC и TiCN—(Ni+Mo) — сплавы на основе карбида и карбонитрида титана — безвольфрамовые типа ТН и КНТ.

Сплавы ВК. Сплавы маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (ВК6 — 94% WС и 6% Со). Свойства сплава определяются, главным образом, содержанием кобальта. Его увеличение приводит к повышению прочности, но твердость и износостойкость при этом снижаются. Сплавы этой группы обладают наибольшей прочностью по сравнению с прочими твердыми сплавами. По содержанию кобальта сплавы можно разделить на группы:

1. низкокобальтовые (3…8% Со) ВК4, ВК6, ВК8. Применяют для режущего инструмента;
2. среднекобальтовые (до 15% Со). Применяют для изготовления бурового инструмента;
3. высококобальтовые — для штампованного инструмента. Сплавы ТК. Твердость сплавов ТК больше, чем у ВК, но их прочность ниже (при одинаковом содержании кобальта). Они имеют преимущество по теплостойкости — 1000°С. Увеличение содержания кобальта приводит к повышению прочности с одновременным снижением твердости и теплостойкости. Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6, Т5К10) используют для обработки материалов со сливной стружкой, т.е. сталей, где от инструментального материала требуется повышенная теплостойкость.

Сплавы ТТК (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9). При равной теплостойкости сплавы ТТК превосходят сплавы ТК по сочетанию свойств «твердость — прочность». Наибольшее влияние легирования карбидом тантала проявляется при циклических нагрузках — ударная усталостная долговечность повышается от 6 до 25 раз.

Сплавы ТН, КНИ. Это безвольфрамовые твердые сплавы. (БВТС) на основе карбида и карбонитрида титана с никельмолибденовой, а не кобальтовой связкой.

4. Металлокерамика

Металлокерамическими называются сплавы, представляющие собой твердый раствор карбидов вольфрама (WС), титана (TiC), тантала (ТaС) в металлическом кобальте. Производство таких сплавов напоминает технологию получения керамических (глиняных, фарфоровых и огнеупорных) изделий. Эти сплавы обладают большой твердостью, что позволяет применять их для обработки металлов. Выпускаются металлокерамические изделия в виде пластинок для оснащения рабочей части различного металлорежущего инструмента (сверл, резцов, разверток, фрез) путем механического прикрепления или напайки к державкам.

По химическому составу карбидной основы металлокерамические сплавы делят на вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотанталовольфрамовые.

Марки вольфрамовых металлокерамических сплавов ВК3, ВК3М, ВК6, ВК8, ВК8В. Их применяют при обработке материалов, обладающих высокой твердостью и хрупкостью: чугуна, стекла, бронзы, фарфора. Сплав ВК6М используют для оснащения режущих инструментов при чистовой и получистовой обработке пластмасс, жаропрочных сталей, отбеленных чугунов. Сплав ВК8М служит для обработки инструментов при волочении, бурении, черновом точении жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Титановольфрамовые металлокерамические стали маркируются Т5К10, Т15К6, Т30К4 и др. Они применяются при обработке вязких материалов: латуни, стали.

Сплав Т5К10 используется для оснащения режущих инструментов при чистовом строгании и черновом точении по корке и окалине, сплавы Т15К6 и Т30К4 — при чистой и получистой обработке.

Титанотанталовольфрамовые металлокерамические твердые сплавы применяют при черновой обработке стальных поводок. Среди них можно выделить сплавы ТТ17К12 и ТТ10К8В. Их прочность на изгиб более высока по сравнению с титановольфрамовыми сплавами (σ_изг >> 1550 МПа).

Также к металлокерамическим относятся мелкозернистые высококобальтовые сплавы марок ВК20, ВК25, ВК30 и крупнозернистые новые сплавы, среди которых ВК15В, ВК20В и ВК25В. Они отличаются ударной вязкостью и высокой прочностью. Эти сплавы применяют для изготовления твердосплавных штампов, используемых при условии больших ударных нагрузок. Стойкость этих штампов в 40–50 раз больше, чем стальных.

5. Минералокерамические твердые сплавы

Минералокерамика — это синтетический материал, в основу которого положены технический глинозем (А12О3) и другие тугоплавкие оксиды (Cr2O3, SiO2, ZrO2). Среди таких сплавов можно выделить минералокерамику марки ЦМ-332 — микролит и термокорунд. По твердости (НRА 90…95), теплои износостойкости она превосходит твердые сплавы. Минералокерамические сплавы не содержат дорогостоящих металлов, дешевы в производстве.

К недостаткам микролита и термокорунда относят низкую прочность и большую хрупкость. Инструменты, оснащенные пластинками этих минералокерамических сплавов, не теряют своей твердости при нагревании в процессе работы до 1200°С. Поэтому их применяют в условиях безударной нагрузки при чистовой и получистовой обработке стальных и чугунных деталей, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов на высоких скоростях с небольшими глубинами резания и подачами.

В технологии производства пластинок микролита выделяют следующие этапы:

1. подготовка порошка;
2. формовка подготовленного порошка;
3. прессовка заготовки;
4. спекание при температуре 1750…1900°С.

Также пластинки получают горячим литьем под давлением (шлакерный метод).

К державкам инструментов пластинки микролита прикрепляют припаиванием или механическим закреплением. При пайке нужно предварительно произвести металлизацию пластинок, т.е. покрыть их тонким слоем какого-либо металла, подходящего для пайки.

Для улучшения механических и эксплуатационных характеристик минералокерамики в нее добавляют вольфрам, молибден, бор, титан, никель и т.д. Эти материалы называются керметами. Их используют при обработке резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Среди минералометаллических сплавов также можно выделить сверхтвердые инструментальные материалы на основе поликристаллов бора — эльборы марок 01, 05, 10. Поликристаллы нитрида бора превосходят все инструментальные материалы по твердости и теплостойкости. Их монтируют в державки резцов и соединяют вакуумной пайкой или с помощью горячей опрессовки стальной втулки с поликристаллом. Инструменты, покрытые эльбором, применяют при обработке чугуна и стали любой твердости при высоких скоростях.

Инструменты, оснащенные поликристаллическими алмазами (карбонадо, балласом), используют для обработки титановых сплавов, металлокерамики, твердых сплавов.

6. Пористая и компактная металлокерамика

Металлокерамику, имеющую остаточную пористость в пределах 15…50%, называют пористой. К ней относятся антифрикционные материалы, фильтры и «потеющие» материалы. Антифрикционные материалы имеют в своем составе графит или другие компоненты, выполняющие роль смазки. Поры заполняют маслом.

Выпускают бронзографитовые и железографитовые металлокерамические изделия. Бронзографит по микроструктуре представляет собой зерна твердого раствора олова в меди с включением графита и пор, заполненных смазкой.

Железографит может иметь ферритную, перлитную и цементитную структуру. Антифрикционные материалы используют для изготовления подшипниковых втулок. Фильтры изготовляют из порошков железа, бронзы, никеля, коррозионностойкой стали и других материалов. Их пористость не менее 40…50%. Фильтры применяют для очистки топлива, очистки воздуха и различных жидкостей.

Металлокерамические материалы, предназначенные для охлаждения за счет испарения хладагента через поры, называют «потеющими» материалами. Их изготовляют из порошков коррозионно-стойкой стали, никеля, вольфрама, титана и т.д. Компактная металлокерамика. К ней относятся фрикционные материалы, магнитные, электроконтактные материалы. Фрикционные металлокерамические материалы представляют собой композиции на основе меди или железа. В их состав входят компоненты, служащие в качестве смазки и предохраняющие материал от износа, и компоненты, придающие материалу высокие фрикционные свойства. Фрикционные металлокерамические материалы имеют повышенную хрупкость и низкую прочность. Эти материалы применяют в узлах сцепления и торможения.

Магнитные металлокерамические материалы получают методами порошковой металлургии. Это магнитно-мягкие (ферриты), магнитно-жесткие материалы (постоянные магниты) и магнитодиэлектрики. Ферриты изготовляют методами холодного и горячего прессования из порошков чистого железа и сплавов на его основе или из порошков на основе окислов железа. Постоянные магниты являются металлокерамическими сплавами сложного химического состава на основе железа, легированного алюминием, никелем, медью, кобальтом. Магнитодиэлектрики представляют собой композиции магнитных и изоляционных материалов, которые разделяют металлические частицы в магнитном и электрическом отношении и являются механической связкой.

Электроконтактные металлокерамические материалы изготовляют из смеси порошков тугоплавких металлов с медью, серебром, никелем.

Получение порошков тугоплавких соединений

По характеру протекающих процессов и способам их осуществления, основные методы получения порошков тугоплавких соединений — карбидов, боридов, нитридов, гидридов, силицидов — весьма близко стоят к методам получения металлических порошков восстановлением. Углерод, бор, азот и водород образуют с переходными металлами твердые растворы типа внедрения (карбиды, бориды, нитриды, гидриды); кремний же образует с металлами твердые растворы типа замещения (силициды). Всем этим соединениям присущи металлические свойства: они обладают металлическим блеском, хорошо проводят электрический ток, их температурный коэффициент, как правило, положителен и др. Однако в тугоплавких соединениях, кроме металлического типа связи, наблюдается наличие ковалентной и ионной связей.

Тугоплавкие соединения, обладая высокими температурой плавления и твердостью, а также многими другими полезными свойствами, находят в современной технике широкое применение в качестве основы для твердых сплавов, жаропрочных, электротехнических, коррозионностойких и других материалов. Свойства карбидов, боридов, силицидов, нитридов и гидридов, методы их получения и области применения подробно изложены в монографиях.

Наиболее распространенными методами получения карбидов, боридов и силицидов являются методы восстановления окислов. Нитриды могут быть получены в результате азотирования металлов или их соединений. Гидриды приготавливаются либо обработкой порошков металлов водородом, либо восстановлением окислов гидридами.

В основе процессов получения тугоплавких соединений указанными способами лежит восстановление окислов или других соединений тугоплавких металлов элементами-восстановителями и образование соответствующих металлоподобных фаз путем реактивной диффузии. Поэтому получение тугоплавких соединений относят к методам восстановления, иногда эти методы носят название диффузионных. Обширные исследования по изысканию оптимальных методов изготовления тугоплавких соединений были проведены Г.В. Самсоновым с сотрудниками.

Опишем вкратце основные черты технологии получения тугоплавких соединений. Производство карбидов может быть осуществлено углеродным восстановлением окислов по реакции

Шихта при этом должна содержать количество углерода, достаточное для восстановления окисла и образования соответствующего карбида. Обычно карбиды получают в печах сопротивления с графитовой трубой в атмосфере водорода или конвертированного газа либо в вакууме.

В последнем случае иногда удается значительно снизить температуры восстановления и добиться чистоты получаемых продуктов. Науглероживание металла может также проводиться из газовой фазы с помощью углеводородов, подаваемых в печь, но этот метод не обеспечивает достаточной чистоты карбидов. В лабораторной практике известен и другой метод получения карбидов — осаждение их на накаленной нити в результате взаимодействия галоидных соединений с углеводородами и водородом. Технологические режимы образования карбидов из шихты MeO+C в защитной атмосфере или в вакууме приведены в табл. 10.

Аналогично может быть изготовлен дисилицид молибдена (MoSi2).

Более перспективным методом является восстановление окислов металлов кремнием с отгонкой летучей моноокиси кремния по реакции

При получении порошков карбидов, силицидов и боридов шихта готовится из тщательно прокаленных окислов металлов и прокаленной ламповой сажи. Прокаливание необходимо для удаления летучих примесей и влаги.

Компоненты шихты обычно тонкодисперсны, размер частиц менее 0,04 мм. Смешение осуществляется в шаровых мельницах. Для увеличения производительности шихта перед восстановлением прессуется в брикеты под давлением 0,5—1 т/см2.

Помимо описанных методов изготовления карбидов, боридов и силицидов, распространено получение этих соединений путем непосредственного синтеза тугоплавких металлов с углеродом, бором и кремнием (этот метод особенно применим для силицидов) и путем электролиза расплавленных сред.

Изготовление нитридов обычно осуществляется азотированием металлических порошков. Особое внимание при этом должно уделяться очистке азота (аммиака) от кислорода.

Использование аммиака для азотирования предпочтительнее, так как атомы азота, образующиеся при диссоциации аммиака, обладают высокой реакционной способностью, а водород восстанавливает окислы.

Нитриды могут получаться и при совмещении процессов восстановления окисла и азотирования образующегося металла по общей реакции

Режимы приготовления нитридов указаны в табл. 13.

Простейшим способом получения гидридов тугоплавких металлов является непосредственное насыщение порошков или губки водородом. Гидриды сравнительно легко образуются при температурах до 800—1000°.

В качестве шихты для получения гидридов можно также использовать смесь окислов тугоплавкого металла и гидрида кальция. В технике нашли практическое применение преимущественно гидриды титана и циркония, которые используются в качестве геттеров, т. е. веществ, поглощающих кислород и защищающих от его влияния другие металлы и сплавы, и при приготовлении беспористых титана и циркония.

Промышленное производство тугоплавких соединений исчерпывалось до недавнего времени получением карбидов для нужд твердосплавного производства. С расширением сферы применения тугоплавких соединений необходимость получения в больших количествах различных карбидов, боридов, силицидов, нитридов возросла, и в настоящее время освоено промышленное производство этих соединений.

Технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов

Технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов.

Технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов с использованием электрохимических процессов в расплавленных солях позволяет получать нанопорошки высокой чистоты и варьировать их гранулометрический состав и микроструктуру в широком диапазоне.

Технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов:

Создана технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов с использованием электрохимических процессов.

Технология производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов основана на использовании электрохимического процесса в расплавленных солях, при котором восстановление и кристаллизация металла происходят не на поверхности катода или толщине прикатодного слоя, а во всем объеме электролизной ванны.

При этом получены нанопорошки и субмикронные порошки металлов : тантала , ниобия , никеля , хрома , титана , вольфрама , молибдена , кобальта , а также ряда их карбидов.

Преимущества технологии производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов:

Преимуществами электрохимического процесса производства нано- и субмикронных порошков тугоплавких металлов являются:

– низкая себестоимость производства продукции,

– высокая чистота получаемых нанопорошков ,

– варьирование гранулометрического состава и микроструктуры порошков в широком диапазоне,

– компактность всего производства, возможность автоматизации ,

– практически безотходное экологически чистое производство.

Ссылки на источники:

Ниже указаны ссылки на источники:

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Востребованные технологии

• Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (20 703)
• Мотор-колесо Дуюнова (14 147)
• Гидротаран – самодействующий энергонезависимый водяной насос (13 065)
• Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (10 931)
• Метан, получение, свойства, химические реакции (9 655)
• Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (8 056)
• Звездная батарея на гетероэлектриках (7 436)
• Вторая пятилетка 1933-1937 гг. (7 208)
• Первая пятилетка 1928 – 1932 гг. (6 598)
• Графен, его производство, свойства и применение (6 128)
• Целлюлоза, свойства, получение и применение (6 068)
• Бутан, получение, свойства, химические реакции (6 039)
• Фуллерен, его производство, свойства и применение (5 987)
• Каучук, свойства и характеристики, получение и применение (5 789)
• Этан, получение, свойства, химические реакции (5 488)

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Порошковая металлургия

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 порошковой металлургии отпадает операция формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы.

Этапы технологии порошковой металлургии

1. Получение порошков

– Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах (получение крупных (100 и более мкм) порошков неправильной формы);
– распыление жидких металлов в воздух, либо в воду: его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность;
– получение порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из окислов) углеродом или водородом;
– электролитическое осаждение металлов;
– термическая диссоциация летучих карбонилов металлов (карбонильный метод). Преимущества- получение мелкодисперсного (0-20 мкм) порошка железа правильной формы, с определёнными радиотехническими свойствами.

2. Формование порошков

Основной метод формования металлических порошков — прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением 200—1000 Мн/м2 на быстроходных автоматических прессах. Прессовки имеют форму, размеры и плотность, заданные с учётом изменения этих характеристик при спекании и последующих операциях. Возрастает значение таких новых методов холодного формования, как изостатическое прессование порошков под всесторонним давлением, прокатка и МIМ-технология.

3. Спекание порошков

Спекание проводят в защитной среде (водород; атмосфера, содержащая соединения углерода; вакуум; защитные засыпки) при температуре около 70—85% от абсолютной точки плавления, а для многокомпонентных сплавов — несколько выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Защитная среда должна обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования нежелательных загрязнений продукции, предотвращать выгорание отдельных компонентов (например, углерода в твёрдых сплавах), обеспечивать безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции в защитной среде. Цель спекания — получение готовых изделий с заданными плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками, необходимыми для последующей обработки. Расширяется применение горячего прессования (спекания под давлением), в частности изостатического.

Преимущества порошковой металлургии

1. Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать другими методами. К ним относятся:

– некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал);

– сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.): композиции и так называемые псевдосплавы металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (например, вольфрам — медь);

– композиции из металлов и неметаллов (медь — графит, железо — пластмасса, алюминий — окись алюминия и т.д.);

– пористые материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др.

2. Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. Порошковая металлургия позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до 60—80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т.п.).

3. При использовании чистых исходных порошков (например, карбонильный метод) можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.

4. При одинаковом составе и плотности у спечённых материалов в связи с особенностью их структуры в ряде случаев свойства выше, чем у плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной ориентировки (текстуры), которая встречается у ряда литых металлов (например, бериллия) вследствие специфических условий затвердевания расплава. Большой недостаток некоторых литых сплавов (например, быстрорежущих сталей и некоторых жаропрочных сталей) — резкая неоднородность локального состава, вызванная ликвацией (процесса разделения первоначально однородного расплава при понижении температуры на две разные по составу несмешивающиеся жидкости) при затвердевании.

5. Размеры и форму структурных элементов спечённых материалов легче регулировать, и главное, можно получать такие типы взаимного расположения и формы зёрен, которые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим структурным особенностям спечённые металлы более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжений, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники.

Недостатки порошковой металлургии

• cравнительно высокая стоимость металлических порошков;
• необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии;
• трудность изготовления в некоторых случаях изделий и заготовок больших размеров;
• сложность получения металлов и сплавов в компактном беспористом состоянии;
• необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.

Недостатки порошковой металлургии и некоторые её достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой порошковой металлургии, так и других отраслей промышленности. По мере развития техники порошковая металлургия может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоёвывать другие.

1 Восточное шоссе, Восточный промрайон, Дзержинск, Нижний Новгород, Россия, 606000.
Продажи: +7 (831) 200-34-95,
Приемная:+7 (831) 200-34-35.
E-mail: [email protected]

Copyright © 2012-2020 «ООО «Синтез-ПКЖ»». Политика приватности
Использование материалов сайта на сторонних ресурсах без письменного разрешения запрещено.

Характеристики металлических порошков

Металлические порошки служат исходным материалом для изготовления металлокерамических изделий. Порошки получают путем механического измельчения металлов, вос­становлением окислов, распылением жидко­го металла, электролитическим осаждением, нагреванием и разложением карбонилов.Механическое измельчение металлов производится на шаровых, молотковых и дру­гих мельницах. Во избежание воспламенения алюминий, магний и другие легкоплавкие металлы измельчают в защитной атмосфере. Порошки, изготовленные механическим измельчением, отличаются повышенной твердостью из-за полученного наклепа, плохо прессуются, поэтому их подвергают отжигу для снятия наклепа.Порошки тугоплавких металлов (вольф­рама, молибдена, кобальта и др.), как пра­вило, получают из нагретых окислов вос­становлением водородом, генераторным га­зом или твердыми восстановителями: сажей, графитом, коксом и т. п. Порошки алюми­ния, олова, свинца производят распылением жидкого металла потоком сжатого воздуха, инертного газа или пара, порошка меди, ти­тана, ванадия и других электроположитель­ных металлов — электролитическим осажде­нием, особо чистые порошки никеля, железа и других металлов — карбонильным мето­дом.

Основными технологическими характеристиками металлических порошков являют­ся:

текучесть — скорость протекания сухо­го порошка через заданное отверстие;

уплотняемость — способность к деформации (пластичности);

формуемость — способность сохранять форму;

сжимаемость—величина усадки и способность образовывать прочное тело при нагреве.

Металлические порошки классифицируют по химическому составу, форме, размерам и насыпной массе.Металлические порошки, обладая большой относительной (удельной) поверхностью, активно поглощают влагу и кислород воз­духа. Это приводит к ухудшению их каче­ства. Для предохранения порошков от соп­рикосновения с атмосферой их необходимо транспортировать в герметичной таре, а хранить — в сухом вентилируемом помеще­нии. После длительного хранения металли­ческие порошки рекомендуется подвергать восстановительному. отжигу при понижен­ных температурах (во избежание сжатия частиц).Железный порошок (по ГОСТ 9849—61). Порошок предназначен для изготовления сварочных электродов, щелочных аккумуляторов, прокатки ленты, для магнитной де­фектоскопии, очистки семян, цементации цветных металлов, для применения в полиграфической промышленности, в качестве восстановителя для получения органических продуктов в химической промышленности и прочих целей.По химическому составу железный по­рошок делится на пять групп, которым ус­ловно присвоены обозначения: ПЖ-1, ПЖ-2, ПЖ-3, ПЖ-4 и ПЖ-5, по гранулометричес­кому составу—на четыре группы: крупный (К), средний (С), мелкий (М) и очень мел­кий (ОМ). Порошок группы М имеет три подгруппы: 1, 2, 3, различающиеся по на­сыпной массе. В обозначении марки цифры, следующие за буквой М, указывают под­группу по насыпной массе, г/см3:

ПЖ1М1, ПЖ2М1, ПЖЗМ1. ПЖ4М1 1,8-2,1

ПЖ1М2 .ПЖ2М2, ПЖЗМ2, ПЖ4М2 2,2-2,5

ПЖ1МЗ. ПЖ2МЗ. ПЖЗМЗ. ПЖ4МЗ 2.6-3,0

Химический состав железного порошка должен соответствовать нормам, приведен­ным, а гранулометрический со­став — особым нормам Порошок не дол­жен содержать посторонних примесей и комков, влажность его не должна превы­шать 0,2%.Медный порошок (по ГОСТ 4960—68) Порошок предназначен для производства щеток для электрических машин и других металлокерамических изделий. Получают его электролитическим осаждением из сер­нокислого раствора сульфата меди. По фи­зико-химическим свойствам медный поро­шок разделяется на нестабилизированный (марки ПМА и ПМ), стабилизированный (марки ПМС-1 и ПМС-2) и стабилизирован­ный конопаточный (марка ПМСК).Насыпная масса порошка, устанавливае­мая соглашением сторон, должна находить­ся в следующих пределах г/см3, для по­рошка марки:Отклонения от насыпной массы, установ­ленной соглашением сторон, не должны превышать ±0,1 г/см3; влажность медного порошка не должна превышать 0,05 %; количество частиц с условным диа­метром 10 мкм и ниже в медном порошке марки ПМА должно быть в пределах 25—60%; медный порошок марки ПМА дол­жен иметь удельную поверхность частиц от 1000 до 2000 см2/г, а удельное электрическое сопротивление — не более 25 ом.мм2/м. Никелевый порошок (по ГОСТ 9722—61).Порошок производится карбонильным и электролитическим методами. Применяют его главным образом для металлокерамиче­ских изделий в аккумуляторной промыш­ленности. Химический состав порошка дол­жен удовлетворять требованиям.

Стандартом установлены следующие нор­мы по гранулометрическому составу:

а) карбонильный никелевый порошок должен содержать 80% частиц размером от 1 до 20 мкм;

б) при рассеве электролитического порошка марок ПНЭ1 и ПНЭ2 не менее 30% должно проходить через сито с сеткой № 0045 по ГОСТ 6613—3, остальное коли­чество порошка должно проходить через сито с сеткой № 0071, а остаток на этом сите не должен превышать 4%;

в) при рассеве электролитического по­рошка марки ПНЭ-3 не менее 3% должно проходить через сито с сеткой № 0071, ос­тальное количество порошка должно прохо­дить через сито с сеткой № 025, остаток на этом сите не должен превышать 3%. Цвет порошка должен быть от светло- до темно-серого.Порошки, распыленные из нержавеющих хромоникелевых сталей и никеля (по ГОСТ 14086—68). Порошки изготовляются из хромоникеле­вых сталей марок ОХ18НЮ, Х18Н9 и никеля марок HI, Н2 и НЗ распылением воздухом или инертным газом и предназначаются для изготовления фильтрующих элементов и раз­личных изделий методом порошковой метал­лургии.Порошки изготовляются трех марок: ПРОХ18НЮ, ПРХ18Н9 и ПРН. В обозначе­нии марок буквы означают: П— порошок,Р — распыленный, X — хром, Н — никель. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемен­та в целых единицах.В зависимости от гранулометрического состава порошки изготовляют семи фракций. Каждую фракцию порошка по насыпной массе поставляют двух групп: А и Б. Раз­меры фракций, ситовый состав и насыпная масса порошка должны соответствовать нормам.В поставляемом порошке допускается суммарное содержание частиц, не соответствующих размеру основной фракции, не более 15%. По соглашению сторон суммар­ное содержание этих частиц может быть увеличено до 25%.Порошки не должны иметь посторонних примесей. Относительная влажность по­рошков не должна превышать 0,2%. Цинковый порошок (по ГОСТ 12601—67). Химический и гранулометрический состав порошка должен соответствовать нормам. Порошок предназначен для производства химических источников тока. Изготовляют его способом ректификации. Кобальтовый порошок (по ГОСТ 9721 — 61). Порошок получают электролитическим методом; предназначен он преимуществен­но для производства металлокерамических изделий. Стандартом предусмотрено изго­товление кобальтового порошка двух ма­рок: ПК-1 я ПК-2. Стандартом установлено, что через сито с сеткой № 0045 по ГОСТ 6613—53 должно проходить не менее 30% порошка, а оста­ток на сите с сеткой № 0071 не должен со­ставлять более 4%.Оловянный порошок (по ГОСТ 9723—61). Порошок изготовляют .распылением жидко­го металла. Предназначен он преимущест­венно для производства металлокерамических изделий. Порошок производится одной марки—ЛО. Химический состав порошка следующий :Sn,