Файл: Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении.pdf

энергетике и ракетостроении. Изготовление деталей ме­ тодами порошковой металлургии имеет большие техниче­ ские и экономические преимущества по сравнению с обычной технологией обработки металлов.

Эффективность порошковой металлургии обусловли­ вается технико-экономическими преимуществами этого технологического процесса в областях:

изготовления изделия необходимой формы и разме­ ров без дополнительной механической обработки, что уменьшает их трудоемкость и дает большую экономию металла;

замены дефицитных цветных металлов и сплавов ме­ таллическими порошками на железной основе;

использования сырья высокой чистоты и однородно­ сти и контролирования всех стадий технологического процесса для сохранения необходимых параметров;

получения материалов и изделий любой структуры и химического состава, которые невозможно получить другими методами;

использования в качестве исходного материала поро­ шковой металлургии металлических отходов в виде стружки, а также окалины от проката углеродистой стали;

выработка изделий из металлических порошков, включающая меньшее количество операций по сравне­ нию с традиционными методами обработки. Это откры­ вает большие возможности для механизации и автома­ тизации технологических процессов, уменьшения трудо­ емкости и удешевления стоимости материалов как за счет их экономного использования, так и замены на ме­ нее дорогостоящие, позволяющие снизить себестоимость готовой продукции.

К основным операциям выпуска металлокерамиче­ ских изделий относятся: получение порошков, прессова­ ние, спекание и последующая обработка спеченных за­ готовок.

В настоящее время металлические порошки полу­ чают механическими и физико-химическими методами. В первом случае железная и стальная стружка измель­ чается в шаровых мельницах, дробилках и толчеях, а также путем распыления жидкого металла сжатым воз­ духом, азотом или паром; во втором случае металличе­ ские порошки получаются-из чистых окислов или окалц-

158

Т а б л и ц а 39

Методы получения металлических порошков*

160

В порошковой металлургии сейчас применяется боль­ шое количество методов формования порошков в изде­ лия. Важнейшими из них являются: прессование в сталь­ ных пресс-формах, выдавливание (шприцевание), изостатическое прессование, прокатка, шликерное литье, вибрационное уплотнение, горячее прессование в вакуу­ ме, уплотнение в автоклавах и др.

Металлопорошки уплотняются в стальных прессформах механическими или гидравлическими прессами

порошка, что ведет к более плотной их укладке, упругой деформации, механическому сцеплению частиц.

Выдавливание, или шприцевание, заключается в том, что порошки смешиваются с пластификатором (парафи­ ном, воском и др.), после чего масса продавливается через соответствующее очко, которое придает заготовке определенную форму. Таким способом формируются плотные изделия типа труб, полос, стержней из порошков хрома, тугоплавких металлов, фасонные инструменталь­ ные изделия из твердых сплавов.

Изостатическое прессование порошков представляет собой прессование по всем трем координатным направ­ лениям, которое чаще всего выполняется гидравлическим давлением, создаваемым внутри цилиндра. Изостатиче­ ское прессование порошков позволяет получить однород­ ную структуру при равномерной усадке. Отличительная особенность гидростатического прессования по сравне­ нию с обычным прессованием в стальных пресс-фор­ мах ■— возможность формования из металлических поро­ шков брикетов различных конфигураций с высокой и равномерно распределенной плотностью, предназначен­ ных для изготовления различных полуфабрикатов (круп­ ных поковок, профилей, проволоки, труб, листов и т. д.).

Для гидростатического прессования характерна упругая деформация возврата после снятия нагрузки, тогда как формование с помощью взрыва, несомненно, дает высокую плотность и повышенную пластичность го­ товых деталей. Экспериментальные исследования по формованию взрывом порошков никеля, титана и ко­ бальта позволяют достичь плотности, составляющей 95—98% теоретической плотности. Советские ученые, ис­ пользуя сверхвысокое давление, изготовили железную

проволоку, обладающую прочностью при растяжении

700 кг/мм2.

При прокатке металлический порошок поступает из бункера между вращающимися валками. Полученные таким способом листы или ленты спекают в нагрева­ тельных печах. Этим методом можно сделать ленту и листы толщиной от 0,5 до 2 мм из порошков железа, ме­ ди, никеля, олова, свинца и других порошковых материа­ лов, обладающих большой твердостью и хрупкостью.

Для изготовления изделия шликерным литьем метал­ лический порошок смешивается с соответствующим пла­ стификатором, и эта суспензия выливается в пористые изложницы, где приобретает соответствующую форму. После подсушки заготовки извлекают из формы и спе­ кают до достижения заданной плотности. Преимущество шликерного литья заключается в получении плотных из­ делий из металлов в тех случаях, когда с помощью обычных методов плавления и литья достижение задан­ ных форм и размеров, а также улучшения физических свойств конечной продукции оказывается затрудни­ тельным.

Вибрационным уплотнением металлопорошков уда­ ется сделать изделия с плотностью до 93% теоретической плотности. Впоследствии их можно подвергать радиаль­ ной ковке или протяжке. Уплотнение металлопорошков горячим прессованием в вакууме широко применяется при производстве блоков и заготовок из бериллия. Уплотнение порошков в автоклаве происходит под дав­ лением газа при повышенных температурах.

Процесс спекания — важная технологическая опера­ ция в порошковой металлургии, в течение которой происходит дальнейшее уплотнение сформированного из­ делия, нагретого в электропечи до температуры, состав­ ляющей примерно 2/з абсолютной температуры плавле­ ния основного материала или наиболее легкоплавкого его компонента. При спекании идет восстановление окис­ лов на металлических частичках и образование прочного металлического контакта между частицами в результате диффузии, снятие внутренних напряжений и искажений

вкристаллической решетке, зарастание пор, имеющихся

внеспеченном брикете.

Спекание обычно происходит в вакууме или в защит­ ной атмосфере. В качестве защитных газов применяется

162

водород, эндотермический газ, генераторный газ либо крекированный аммиак. Состав атмосферы во время спекания имеет весьма существенное значение. Некон­ тролируемый состав среды может привести к большим потерям в виде брака и отходов и к снижению качества готовых изделий.

Использование эндотермического газа особенно вы­ годно с точки зрения регулирования содержания угле­ рода при производстве железографитовых металлокера­ мических материалов. Преимущество эндотермического газа — его низкая стоимость. Вместо водорода, по воз­ можности, всегда используют диссоциированный ам­ миак. Однако во многих случаях спекание ведут в водо­ роде, несмотря на его более высокую стоимость и обез­ углероживание брикетов на основе железного порошка.

Спекание в вакууме металлических порошков позво­ ляет регулировать размеры зерна и чистоту получаемо­ го продукта, уменьшать потери на скрап (обрезка слит­ ка и удаление окалины), особенно при использовании дорогих материалов. Иногда для улучшения качества изделия, полученного из порошковых материалов, его подвергают дополнительной обработке: калиброванию, горячей допрессовке, термической и химико-термической обработке, декоративным и защитным покрытиям.

Современная номенклатура материалов, вырабаты­ ваемых методом порошковой металлургии, весьма раз­ нообразна. В зависимости от назначения они делятся на пористые, фрикционные, тугоплавкие и твердые, жаро­ прочные, магнитные, электроконтактные и конструк­ ционные.

Пористые материалы находят широкое применение при перекачивании газов и жидкостей с большим пере­ падом температур, при испарительном охлаждении и в качестве конструкционных пористых деталей, сочетаю­ щих небольшой вес с высокой коррозионной стойкостью.

Путем изменения режима прессования и спекания из порошковых материалов можно получить изделия с раз­ личной степенью пористости: в общем объеме изделия объем пор достигает 80%'. В последние годы пористые сплавы с успехом используются для подшипников сколь­ жения машин как антифрикционные материалы.

Свойства антифрикционных металлокерамических материалов, выпускаемых в СССР, приведены в табл, 40.