Порошковая металлургия

Применяемые материалы

Порошки, используемые в индустрии, имеют сложный состав. Они формируются на базе различного сырья, позволяют создать продукт с требуемыми свойствами.

Композитные смеси бывают плакированными и конгломерированными. Плакированные составы обладают слоистой структурой с выраженным содержанием дополнительных компонентов. Конгломерированные порошки более однородны.

Плакированные порошки
Al2O3 плакированный Ni
SiC плакированный Ni
Конгломерированные порошки
NiCrBSi
NiCrBSi, усиленный алюминием

Заводы порошковой металлургии применяют различные способы получения материалов. Выделяют физико-механический и химико-металлургический метод.

Физико-механический метод

Наиболее распространенный метод в порошковой металлургии. Он предполагает механическое измельчение сырья с сохранением химического состава. В качестве основного оборудования используются дробильные установки конусного, валкового и бегункового типа.

Технология порошковой металлургии допускает механическое и физико-механическое измельчение. В первом случае используются статические и динамические процессы. Статическое измельчение выполняется за счет сжатия заготовки, динамическое – посредством истирания и раскалывания.

Рис. 1 Способы динамического воздействия на заготовку

Второй способ получения материалов в порошковой металлургии – комбинация физического и механического воздействия. Состав получают методом дробления и размола либо распылением и грануляцией.

Рис. 2 Принцип работы мельницы для физико-механической обработки материала

Химико-металлургический метод

Химические процессы в порошковой металлургии широко используются для получения сырья. Существует несколько способов выработки материала:

• посредством восстановительных реакций;
• путем электролиза;
• карбонильным способом.

Подбор метода получения в порошковой металлургии осуществляется с учетом возможностей предприятия. В отдельных случаях применяется несколько решений с целью оперативного достижения результата.

Рис. 3 Процесс получения порошка физико-химическим способом

Предварительная подготовка составов

Получение порошков в порошковой металлургии связано с подготовительными операциями. Они придают нужные свойства материалам, полученным физико-механическим или химико-металлургическим методом. Операции выполняются в три этапа.

• Отжиг. Термическая обработка, повышающая показатели пластичности и прессуемости порошков. Операция способствует восстановлению остаточных оксидов, проводится при нагреве до 45 – 65% от температуры плавления. В ряде случаев задействуются инертные газы, повышающие эффективность процедуры.
• Разделение. Продукция делится по фракциям. Для этого используют вибрационные сита с заданным размером ячеек. В отдельных случаях задействуются сепараторы воздушного типа.
• Смешивание. Материалы, необходимые для формирования рабочего состава, смешиваются до однородной массы – шихты. Впоследствии она используется для получения требуемых деталей.

При смешивании могут применяться легирующие добавки. Они повышают эксплуатационные качества изделий, продлевают срок их службы. Операции выполняются профильными миксерами.

Рис. 4 Миксер для смешивания порошковых составов

Предварительная подготовка составов

Этап в порошковой металлургии, направленный на придание формы заготовкам. Работы проводятся на механических и гидравлических прессах. Выделяют несколько способов формования.

Наименование	Описание	Изображение
Одностороннее	Воздействие оказывается только с одной стороны. Движение порошка по направлению давления ограничивает статичная опора.
Двухстороннее	Сдавливание материала происходит с двух сторон.
Двухстороннее с подвижной матрицей	Воздействие на материал прессом с одной стороны и матрицей – с другой.
Двухстороннее с пустотами внутри	Сдавливание материала с двух сторон при сохранении незаполненного пространства внутри. Данный способ формовки актуален при изготовлении втулок и аналогичных продуктов.
1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – рабочий материал, 4 – стержень, создающий внутреннюю полость.

Процесс формирования деталей состоит из нескольких этапов. Они идентичны для всех типов сдавливания.

Этап	Описание	Изображение
Засыпка шихты	В форму засыпается заранее подготовленная шихта. Ее состав зависит от типа изготавливаемых изделий.
Сдавливание материала	Элементы пресса начинают движение, оказывая воздействие на шихту.
Повышение давления	По мере уплотнения материала нарастает давление.
	Продолжение прессования сопровождается уплотнением частиц и нарушением границ между ними.
	Происходит разрушение крупных и твердых частиц, в то время как мягкие подвергаются деформации.

Для каждого сплава в порошковой металлургии предусмотрена определенная интенсивность воздействия. Чем выше данный показатель, тем значительнее плотность заготовки.

Рис. 5 Взаимосвязь плотности материала и усилий давления

Спекание

Завершающий этап формирования изделий методом порошковой металлургии. Прессованные заготовки приобретают требуемые свойства за счет прогрева до 72 – 92% от температуры плавления. Действие выполняется в специальных печах, требует особого внимания к температурному режиму. Нарушение его условий приводит к появлению трещин, снижению прочности и прочим дефектам.

ВАЖНО. Снизить процент брака позволяет защитная среда. Она представлена инертными газами и восстановительными водородными составами. В отдельных случаях используются вакуумные камеры.

Рис. 6 Диаграмма подбора температуры

Нагрев спрессованных порошков в порошковой металлургии производится одним из четырех способов.

Способ нагрева	Изображение
Внешний нагрев посредством различных источников энергии.
Нагрев формы за счет подачи электрического тока.
Нагрев шихты путем пропускания через нее электричества.
Нагрев материала за счет высокочастотной индукции.
1 – матрица, 2 – пуансон.

Запеченные детали проверяются ОТК. Изделия, не содержащие дефектов, отправляются на упаковку.

Преимущества порошковой металлургии

Порошковая металлургия обладает множеством преимуществ.

• Изделия из порошковой металлургии доступны в любых исполнениях. Это особенно актуально при производстве сложных деталей.
• Эффективность использования материалов методами порошковой металлургии достигает 100%. При изготовлении продукции отсутствуют отходы, характерные для прочих типов производства.
• Методом порошковой металлургии получают качественные изделия с высокой точностью исполнения. Продукция нуждается в минимальной обработке, востребована при сборке ответственных машин и механизмов.
• Методом порошковой металлургии получают качественные изделия с высокой точностью исполнения. Продукция нуждается в минимальной обработке, востребована при сборке ответственных машин и механизмов.
• Всем видам порошковой металлургии свойственна высокая степень автоматизации. Это обеспечивает высокую производительность труда, минимизирует «человеческий фактор».

К недостаткам относится дороговизна организации производства с порошковой металлургией.

Обработка деталей, полученных посредством порошковой металлургии

Обработка изделий из «порошка» может вызывать затруднения. Большинство продуктов обладает повышенной прочностью, предъявляется дополнительные требования к эффективности и износостойкости инструмента. Для решения поставленных задач рекомендуется использовать твердосплавные сверла. В ряде случаев целесообразно применение оснастки для работы с рельсами. Ознакомиться с подобной продукцией поможет соответствующий раздел каталога.