Прессование заготовок из порошковых материалов

Область применения прессованных заготовок и свойства металлических порошков

Область применения прессованных заготовок. Методом прессования порошковых материалов изготавливают заготовки для изделий, имеющих специальные свойства:

• • антифрикционные детали узлов трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т. д.);
• • конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.);
• • элементы режущих инструментов (режущие и опорные пластины резцов, сверл, фрез и др.);
• • электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности;
• • специальные композиционные (жаропрочные и др.) детали.

Прессованием порошков можно получать заготовки не только для изделий различных форм и назначений, но и для принципиально новых изделий, которые другим путем получить очень трудно или невозможно.

Классификация порошковых материалов. Основным сырьем порошковой металлургии являются порошки чистых металлов и сплавов, а также порошки неметаллических элементов. Под термином «порошковая металлургия» принято понимать область науки и техники, охватывающую область производства металлических порошков, а также изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками. В зависимости от плотности и назначения порошковые материалы подразделяют на две группы:

плотные порошки — материалы с минимальной пористостью, изготовленные на базе порошков железа, меди, никеля, титана, алюминия и их сплавов;

пористые порошки — материалы, в которых после окончательной обработки сохраняется 10… 15% пор по объему. Плотные порошки нашли широкое применение в машинои приборостроении, автомобильной и авиационной технике и других отраслях оборонного и общегражданского производства. Высокая пористость порошков второй группы обеспечивает приобретение ими специальных свойств и позволяет применять их для изготовления специальных изделий (изделий антифрикционного назначения, фильтров, деталей охлаждения и т. п.). При производстве этой группы деталей применяют железографитовые материалы, бронзы, нержавеющие стали.

Особое значение имеют инструментальные порошковые материалы. К их числу относят порошковые быстрорежущие стали, карбидостали, твердые сплавы, материалы на основе сверхтвердых соединений (нитридов, боридов и т. д.) и алмазные материалы.

Получают порошки чистых металлов и сплавов одним из следующих методов: химическим, электролитическим, механическим.

К химическим методам получения порошков относят восстановление оксидов и солей металлов твердыми или газообразными восстановителями, диссоциацию карбонилов и неустойчивых соединений, металлотермию. Большую группу порошков — олово, серебро, медь и железо — получают методами электролитического осаждения металлов в виде порошка из водных растворов солей, а также электролизом расплавленных сред (тантал, ниобий, уран и др.).

К механическим методам получения порошков относятся измельчение металла резанием, размол в шаровых, вибрационных, конусно-инерционных и других мельницах и дробилках, распыление струй жидкого металла сжатым паром, газом, водой.

Выбор метода определяется возможностью получения порошка необходимого качества и экономической целесообразностью применения того или иного метода. Наибольшее распространение получили химические методы и методы распыления, которые при минимальных затратах обеспечивают получение целой гаммы порошковых металлов и сплавов со свойствами широкого диапазона.

Свойства металлических порошков. Возможность применения порошка для изготовления конкретных изделий определяется его свойствами, которые зависят от метода получения и природы металла порошка. Металлические порошки характеризуются технологическими, физическими и химическими свойствами.

К технологическим свойствам относят:

• • насыпную плотность, представляющую собой массу единицы объема свободно насыпанного порошка;
• • относительную плотность — отношение насыпной плотности и плотности металла в беспористом состоянии;
• • текучесть — способность порошка заполнять определенную форму и выражающуюся через число граммов порошка, протекающего за 1 с через воронку с диаметром выходного отверстия (носика воронки) 2,5 мм;
• • прессуемость — способность порошка под давлением сжимающих усилий образовывать заготовку заданной формы и размеров
• (формуемость) с минимально допустимой плотностью (уплотняемость).

К физическим свойствам порошков относят форму и размер частиц порошков. Частицы могут резко различаться по форме (от нитевидных до сферических) и размерам (от долей до сотен и даже тысяч микрометров). Важная характеристика порошков — гранулометрический состав, под которым понимается соотношение количества частиц различных размеров (фракций), выраженное в процентах. Размеры частиц порошка обычно составляют 0,1… 100,0 мкм. Фракции порошков размерами более 100 мкм называют гранулами, менее 0,1 мкм — пудрой. Определение гранулометрического состава производят с помощью просеивания порошка через набор сит (для порошков размерами гранул более 40 мкм); для более дисперсных порошков применяют метод седиметации и микроскопический анализ с помощью оптического или электронного микроскопа.

К физическим свойствам относят также удельную поверхность порошков, под которой понимают суммарную поверхность всех частиц порошка, взятого в единице объема или массы.

К химическим свойствам относят химический состав порошка (как порошка чистого металла, так и порошка сплава), который определяют по методикам соответствующих компактных (беспористых) металлов и сплавов. К этим же характеристикам относят также пирофорность (способность порошка самовозгораться при соприкосновении с воздухом) и токсичность (ядовитость порошков). Если в компактном состоянии большинство металлов безвредны, то в порошковой форме, попадая в атмосферу помещений, они образуют аэрозоли, которые при вдыхании воздуха или приеме пищи могут вызывать болезненное состояние.