Матеріали порошкової металургії

 Порошкова металургія – область техніки, що охоплює процеси одержання порошків металів і металоподібних сполук і процеси виготовлення виробів з них без розплавлювання.

Характерною рисою порошкової металургії є застосування вихідного матеріалу у вигляді порошків, з яких пресуванням формуються вироби заданої форми й розмірів. Отримані заготівлі піддаються спіканню при температурі нижче температури плавлення основного компонента.

Основними достоїнствами технології виробництва виробів методом порошкової металургії є

1. можливість виготовлення деталей з тугоплавких металів і сполук, коли інші методи використовувати неможливо;

1. значна економія металу за рахунок одержання виробів високої точності, у мінімальному ступені нужденних у наступній механічній обробці (відходи становлять не більше 1...3 %);

2. можливість одержання матеріалів максимальної чистоти;

3. простота технології порошкової металургії.

Методом порошкової металургії виготовляють тверді сплави, пористі матеріали: антифрикційні й фрикційні, фільтри; електропровідники, конструкційні деталі, у тому числі працюючі при високих температурах і в агресивних середовищах.

 

Пористі порошкові матеріали

 

Відмінною рисою є наявність рівномірної об'ємної пористості, що дозволяє одержувати необхідні експлуатаційні властивості.

Антифрикційні матеріали (пористість 15...30 %), широко, що застосовуються для виготовлення підшипників ковзання, являють собою пористу основу, просочену маслом. Масло надходить із пор на поверхню, і підшипник стає самозмащувальної, не потрібно підводити змащення ззовні. Це істотно для чистих виробництв (харчової, фармацевтична галузі). Такі підшипники майже не зношують поверхня вала, шум в 3...4 рази менше, ніж від кулькових підшипників.

Підшипники працюють при швидкостях тертя до 6 м/с при навантаженнях до 600 МПа. При менших навантаженнях швидкості ковзання можуть досягати 20...30 м/с. Коефіцієнт тертя підшипників - 0,04...0,06.

Для виготовлення використовуються бронзові або залізні порошки з додаванням графіту (1...3 %).

Розроблено підшипникові спечені матеріали на основі тугоплавких сполук (боридів, карбідів і ін.), що містять як тверде змащення сульфіди, селеніди й гексагональний нітрид бору. Підшипники можуть працювати в умовах вакууму й при температурах до 500^oС.

Застосовують найманірніші антифрикційні матеріали: спечені бронзографіти, титан, нержавіючі сталі пропитують фторопластом. Виходять корозійностійкі й зносостійкі вироби. Термін служби найманірніших матеріалів удвічі більше, ніж матеріалів інших типів.

Фрикційні матеріали (пористість 10...13 %) призначені для роботи в муфтах зчеплення й гальмах. Умови роботи можуть бути дуже важкими: тертьові поверхні миттєво нагріваються до 1200^oС, а матеріал в об'ємі – до 500…600^oС. Застосовують спечені багатокомпонентні матеріали, які можуть працювати при швидкостях тертя до 50 м/с на навантаженнях 350...400 Мпа. Коефіцієнт тертя при роботі в маслі - 0,08...0,15, при сухому терті - до 0,7.

По призначенню компонента фрикційних матеріалів розділяють на групи:

а) основа – мідь і її сплави – для робочих температур 500…600^oС, залізо, нікель і сплави на їхній основі – для роботи при сухому терті й температурах 1000…1200^oС;

б) тверді змащення - запобігають мікросхоплювання при гальмуванні й охороняють фрикційному матеріалу від зношування; використовують свинець, олово, вісмут, графіт, сульфіти барію й заліза, нітрид бору;

в) матеріали, що забезпечують високий коефіцієнт тертя - азбест, кварцовий пісок, карбіди бору, кремнію, хрому, титану, оксиди алюмінію й хрому й ін.

Зразкова сполука сплаву: мідь - 60...70 %, олово - 7 %, свинець - 5 %, цинк - 5...10%, залізо - 5...10 %, кремнезем або карбід кремнію - 2...3 %, графить - 1...2 %.

Із фрикційних матеріалів виготовляють гальмові накладки й диски. Тому що міцність цих матеріалів мала, те їх прикріплюють до сталевої основи в процесі виготовлення (припікають до основи) або після (приклепують, приклеюють і т.д.).

Фільтри (пористість 25...50 %) зі спечених металевих порошків по своїх експлуатаційних характеристиках перевершують інші фільтруючі матеріали, особливо коли потрібна тонка фільтрація.

Вони можуть працювати при температурах від –273^oС до 900^oС, бути корозійностійкими й жароміцними (можна очищати гарячі гази). Спікання дозволяє одержувати фільтруючі матеріали з відносно прямими тонкими порами однакового розміру.

Виготовляють фільтри з порошків корозійностійких матеріалів: бронзи, нержавіючих сталей, нікелю, срібла, латуні й ін. Для задоволення запитів металургійної промисловості розроблені матеріали на основі нікелевих сплавів, титану, вольфраму, молібдену й тугоплавких сполук. Такі фільтри працюють тисячі годин і піддаються регенерації в процесі роботи. Їх можна продути, протравити, пропалити.

Фільтруючі матеріали випускають у вигляді чашок, циліндрів, втулок, дисків, плит. Розміри коливаються від дисків діаметром 1,5 мм до плит розмірами 450 х 1000 мм. Найбільш ефективне застосування фільтрів з декількох шарів з різною пористістю й діаметром пор.