Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

щими серу. Для сульфидирования достаточен нагрев до 200—300°. При калибровании металлокерамических деталей можно полу­ чить точность размеров до 0,01—0,005 мм. Перед калиброванием из­ делия должны иметь размеры на 0,5—1% больше окончательных. Иногда после этой операции применяется дополнительный отжиг или спекание. После калибрования происходит упругий возврат,

величина которого доходит до 0,1%.

Металлокерамические детали плотностью более 95% обрабаты­ ваются металлорежущими инструментами так же, как и компакт­ ные. Для обработки пористых деталей необходимо применять остро заточенный режущий инструмент, большие скорости резания и ма­ лые подачи. Применять охлаждающую эмульсию на водной основе при обработке изделий с пористостью более 10% не рекомендуется. Предохранить от коррозии в этом случае может предварительная пропитка маслом.

§ 6. Металлокерамические материалы и изделия

Компактные материалы. Широкое распространение в машино­ строении и приборостроении получают детали общего назначения, изготойленпые из порошк'ов железа, меди, никеля, бронзы, легиро­ ванной стали и др. Детали получают как простейшей формы (втул­ ки, пальцы, гайки, державки резцов), так и сложной (шестерни, со­ бачки храповиков, пресс-формы, коллекторные пластины) разме­ ром от 2 до 500 мм и более. Экономический эффект от внедрения этих деталей составляет от 500 до 1400 руб. на тонну. Производст­ во деталей сложной конфигурации прессованием из порошков дает эффект за счет высокой производительности, отсутствия операций резания и экономии материала и электроэнергии. При производст­ ве деталей общего назначения часто используют отходы производ­ ства: стружку, облой, опилки и др.

Металлокерамические детали общего назначения должны об­ ладать определенной прочностью и износостойкостью. Поэтому их технология строится из расчета получения наименьшей пористости (0,5—3%). Изнашиваемая поверхность часто покрывается хромом, вольфрамом, танталом, титаном и другими металлами методами гальванизации, распыления или диффузионного насыщения. Осаж­ денные металлы образуют на поверхности слой карбидов толщиной

10 мк.

Обычно для изготовления компактных деталей применяют сме­ си железного порошка с графитом (не более 1%), медным порош­ ком и др. Такая шихта после спекания дает структуру пластинчато­ го перлита или твердого раствора медіі в железе. Прессование же­ лезных порошков или смесей на железной основе производится под давлением 6—8 Т/см2.

Перспективно производство дисперсно-упрочненных сплавов, отличающихся повышенной жаропрочностью. Основой этих спла­ вов является металлическая матрица, в которой равномерно рас­

468

пределены дисперсные окислы. В качестве упрочняющих окислов используются АІ2О3, ЭіОг, Zr02, TI1O2 и др. Степень упрочнения уве­ личивается с уменьшением упрочняющих частиц и расстояния меж­ ду ними, а также с увеличением разницы в температурах плавле­ ния основного металла и упрочняющих окислов.

Наиболее широкую известность приобрел материал этого типа САП (спеченная алюминиевая пудра), полученный прессованием

лами являются твердые сплавы, получаемые из порошков карбида вольфрама, титана, ванадия, хрома, тантала и ниобия, смешанных со связующими порошками кобальта или никеля. Технология изго­ товления твердых сплавов заключается в приготовлении требуемой шихты, прессовании и двукратном спекании. Прессование произво­ дится под давлением 600—2000 кГ/см2 до пористости 30—40%.

Процесс спекания состоит из трех этапов. На первом этапе изделия нагревают до 900—1150°. При этом частицы порошка схва­ тываются, восстанавливаются окислы, происходит некоторая усад­ ка. После первого спекания материал приобретает прочность, но его еще можно обрабатывать абразивным и твердосплавным ин­ струментом.

Второй этап заключается в нагреве до температуры 1400— 1500° и выдержке в защитной атмосфере. При этом образуется жид­ кая фаза связующего элемента, которая смачивает карбиды и об­ легчает сварку их отдельных зерен. В период повторного спекания объемная усадка достигает 40%.

Третьим этапом является медленное охлаждение до 700°.

Для оснащения режущего инструмента, изготовления фильер, пуансонов и матриц применяют вольфрамо-кобальтовые, титано- вольфрамо-кобальтовые и титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые

В последнее время нашли применение керамико-металлические материалы — керметы, получаемые прессованием и спеканием кера­ мических порошков (тугоплавкие окислы, силикаты ит. д.) с метал­ лическими. Металлической связкой в керметах служат^порошки же­ леза, никеля, хрома, вольфрама, марганца и др. Эти материалы от­ личаются длительной жаропрочностью и износостойкостью. Их используют для изготовления лопаток турбин, сопел, деталей реак-

469

первый до температуры 1510°, второй — 1100°. Высокая термостой­ кость керметов (А120 3 — 28%, Сг — 72%) характеризуется тем, что они способны выдержать 1000 циклов в условиях работы реактив­ ных двигателей в качестве материала диафрагмы сопла при мгно­ венных понижениях температуры оч 1038 до 24°.

В электротехнической промышленности широко распростране­ ны контактные металлокерамические материалы сложных составов, которые другими путями получить невозможно (псевдосплавы). К ним относятся материалы, спрессованные из смесей высокопро­ водных металлов (меди, серебра и др.) с металлами, обладающими высокой прочностью (вольфрамом, карбидом вольфрама и др.). Вольфрам имеет большую твердость, прочность при высоких темпе­ ратурах и малую склонность к искрению. Кроме того, он обладает высоким сопротивлением электрической эрозии. Однако использо­ вать чистый вольфрам в качестве контактов невозможно, так как он склонен к окислению при высоких температурах и имеет низкую тепло- и электропроводность. Смесь вольфрама с медью или сереб­ ром лишена этих недостатков. У вольфрамо-медных и вольфрамо­ серебряных сплавов вольфрамовый скелет обеспечивает твердость, прочность и сопротивление эрозии, а заполняющий его поры ме­ талл — электро- и теплопроводность.

Магнитные металлокерамические материалы подразделяются на три группы: магнитодиэлектрики, магнитно-мягкие и магнитно­

твердые.

Магнитодиэлектрики изготовляют из чистого железного порош­ ка, пермаллоя, магнетита и др. В готовом магнитодиэлектрике прес­ сованные частицы порошка должны быть полностью изолированы друг от друга, для чего перед прессованием их покрывают тонкими пленками различных искусственных смол: бакелита, стирола, ами­ нопласта, казеина, а также силикатами, жидким стеклом и др.

Широкое распространение получили ферриты — спрессованные и спеченные смеси порошков окислов железа, иногда с добавками окислов никеля, марганца, магния и цинка.

Магнитодиэлектрики используются в цепях переменного тока звуковой и выше частоты в качестве магнитных материалов для сердечников катушек, в радио- и высокочастотной технике. Фер-

470

риты применяются в радиотехнике в качестве сердечников магнит­ ных антенн, входных трансформаторов, фильтров, магнитных уси­ лителей и других деталей.

Магнитно-мягкие материалы изготавливаются из порошков чистого железа, смесей железа с никелем, кремнием, кремнием и алюминием и др. Они характеризуются незначительными потерями на вихревые токи при перемагничивапии, обладают малой пло­ щадью петли гистерезиса, сравнительно высоким электросопротив­ лением и применяются для изготовления магнитопроводов, башма­ ков электромоторов, полюсных наконечников, сердечников авто­ сигналов и др. По сравнению с деталями, изготовленными из литья механической обработкой, себестоимость металлокерамических магнитно-мягких деталей ниже на 30—60%.

Магнитно-твердые сплавы используются для производства по­ стоянных магнитов электро- и радиоприборов. Эти сплавы изго­ тавливаются на основе систем железо — никель — алюминий и не­ которых других. К ним относятся сплавы алыш (20—30*% никеля, 12—16% алюминия и железо), альнико, магнико (железо, никель, кобальт, алюминий) и др.

Пористые изделия. Пористые металлокерамические детали можно разделить на три группы: антифрикционные, фильтры и де­ тали общего назначения.

Антифрикционные детали наиболее распространены в машино­ строении в виде втулок и вкладышей. Поры, составляющие 15—35% объема, заполняются маслом, которое способствует образованию в местах контакта трущихся тел устойчивой масляной пленки. Вы­ давливание смазки на поверхность трения из пор происходит при вращении вала из-за разогрева и увеличения объема втулки, что влечет за собой уменьшение объема пор. С увеличением интенсив­ ности работы нагрев подшипника возрастает, что вызывает увели­ чение подачи масла из пор. Металлокерамические подшипники ра­ ботают при температуре до 200° при смазке и с ограниченной пода­ чей смазки при давлениях до 100 кГ/см2 и скоростях скольжения до 5 м/сек. Коэффициенты трения у них несколько ниже, чем у бронзы.

Для увеличения прочности подшипников за счет образования карбидов с углеродом или твердых растворов используют смеси же­ лезного порошка с графитом (1—7%) или медным порошком (око­ ло 5%). Кроме того, добавка графита уменьшает коэффициент тре­ ния подшипников за счет наличия свободного графита в структуре антифрикционного металла.

Возможность получения металлокерамических материалов с точно заданной пористостью позволила использовать методы по­ рошковой металлургии для производства фильтров. Металлокера­ мические фильтры изготавливаются в виде цилиндров, пластин, ко­ нусов и т. д. Преимуществом их является простота в эксплуатации, жесткость, сопротивление ударным и тепловым нагрузкам и воз­ можность многократной очистки путем продувания воздухом или паром в направлении, обратном рабочему потоку. Фильтры можно выжигать и промывать жидкостью.

171