Изготовление металлоизделий не всегда предполагает литье и механическую обработку заготовок. Существует достаточно обширная группа металлических изделий, для производства которых не обойтись без спекания так называемой металлической порошковой композиции. В обзоре будет рассказано о том, как спекать металлический порошок.
Порошковая металлургия практикуется с античных времен. В III веке до н.э. египетские мастера получали спеканием порошков ювелирные украшения, многие предметы быта и обихода. Промышленное производство металлоизделий на основе металлического порошка осуществляется с середины XIX века.
Порошковая металлургия предполагает использование для получения металлоизделий одно- или многокомпонентного металлического порошка. Рассыпчатая порошковая масса обретает необходимую форму в процессе термообработки, чаще всего твердофазного спекания.
Продукция порошковой металлургии обладает уникальными свойствами, которые невозможно получить в процессе классического литья металлического расплава. В процессе спекания металлический порошок обретает особую структуру и полностью контролируемый состав.
В статье можно будет узнать про виды металлического порошка для спекания.
Свойства продукции порошковой металлургии
Применение порошковой металлической композиции имеет ряд преимуществ перед классическим литейным производством:
- Появляется возможность создавать сплавы из разнородных компонентов
- Металлоизделия не требуют сложной механической обработки
- Улучшается контроль структуры и состава металлоизделия
Методом спекания нередко производят уже готовые металлоизделия, не требующие дополнительной механической обработки. Разумеется, спекаются детали с как можно более простой геометрией, что обусловлено особенностями изготовления и применения пресс-форм.
Спеканием металлической порошковой композиции обычно изготавливают детали с геометрией, которая не превышает по сложности форму обойм подшипниковых узлов и зубчатых колес.
Разумеется, встречаются спеченные металлоизделия и со сложной геометрией. Но в этом случае простую по форме заготовку подвергают фрезерованию или другим аналогичным методам механообработки.
В процессе термообработки металлического порошка появляется возможность получения уникальных сплавов. Спекание минует фазу жидкого расплава. При традиционной плавке металла неметаллические компоненты просто всплывают на поверхность. Спекание же обеспечивает надежное соединение компонентов порошковой композиции без вытеснения неметаллических элементов.
Благодаря твердофазному спеканию порошковая металлургия надежно соединять между собой помол металла и керамики. Существуют твердосплавные соединения металла и технического алмаза. Подобные материалы используются в виде накладок на режущую кромку токарных резцов, сверловой и прочей механообрабатывающей оснастки.
Дополнительно твердофазное спекание порошковой металлической композиции дает возможность получать пористую структуру. Существуют технологии, позволяющие заполнять поры металлоизделия жидкой смазкой.
Спеченные металлоизделия со смазкой нашли широчайшее применение в механизмах с большим количеством контактных поверхностей. Из наполненного смазкой пористого сплава часто изготавливают обоймы подшипниковых узлов и зубчатые колеса. Такие металлоизделия способны надежно и долговечно работать в условиях дефицита смазки.
Пропитанные смазкой подшипники называют самосмазывающимися.
Как спекать металлический порошок для получения качественных металлоизделий.
Технология спекания металлического порошка
Порошковая металлургия включает в себя достаточно сложные технологические процессы подготовки сырья, формования и термообработки. Изготовление металлоизделий из порошковой композиции состоит из следующих этапов:
- Получение металлического порошка
- Смешивание шихты
- Формование будущего металлоизделия
- Термообработка
- Финишная обработка металлоизделия
Сегодня порошковая металлургия стремится к минимизации технологического процесса финишной обработки. Грамотно организованный производственный процесс позволяет получить после спекания полностью готовое к упаковке и дальнейшему целевому использованию металлоизделие.
Современные изделия на основе спеченного металлического порошка не принято подвергать токарной или фрезерной обработке, как и шлифованию с полировкой. В этом случае можно рассчитывать на заметное снижение себестоимости порошковых металлоизделий.
- Получение металлического порошка – в основе любого спеченного металлоизделия находится металлический порошок. Исходным сырьем может выступать: железо, медь, никель, золото и многие другие металлы.
Металлический порошок представлен частицами размером от 0,01 до 500 (мкм). Размер фракции порошка оказывает влияние на структуру спеченного материала, что будет определять многие физико-механические свойства металлоизделия. Что нужно знать про виды металлического порошка.
Металлический порошок изготавливают различными способами. Существует 2 подхода для изготовления металлического порошка, которые в свою очередь делятся на множество методов:
- Физико-механические способы
- Химико-металлургические способы
Физико-механический подход предусматривает операции по дроблению стружки или распылению расплавленного металла.
В порошковой металлургии достаточно широкое распространение получил метод шарового дробления. Металл может дробиться и ударным молотом. Для получения помола необходимой тонкости дробилка может непрерывно воздействовать на металл до 3-4 дней.
Более современные методы создания металлического порошка предусматривают распыление жидкого расплава как при помощи воздуха, так и инертного газа.
Химико-металлургический подход предусматривает получение металлического порошка при помощи электролиза, а также в ходе восстановления оксидов.
- Смешивание шихты – чтобы улучшить эксплуатационные характеристики спеченного металлоизделия, в состав металла вводятся различные легирующие добавки и вспомогательные вещества.
К металлическому порошку добавляют помол других металлов и компонентов, которые позволят улучшить физико-механические свойства будущего изделия.
При изготовлении твердосплавных накладок на режущую кромку (для резцов, сверл и прочей оснастки) в состав металлического порошка вводят помол технического алмаза или керамики. Порошковая металлургия дает возможность получать уникальные металлокерамические сплавы.
Чтобы добиться равномерного замеса, шихту перемешивают при помощи специального устройства, с поворотной камерой и лопатками.
- Формование металлоизделия – перед непосредственным спеканием металлическому порошку следует придать форму будущего изделия. Для этого порошковую металлическую композицию подвергают пресс-формингу.
Шихта ссыпается в специальную форму, которую с одной или нескольких сторон придавливает прессовое оборудование.
При воздействии на металлический порошок давления происходит повышение плотности структуры заготовки. Чем сильнее сжать порошкообразную массу, тем большей плотностью будет обладать металлоизделие.
Хорошо спрессованная заготовка практически не подвержена усадке. Правильно подобранное давление позволяет минимизировать, а иногда и вовсе исключить, технологический процесс финишной механообработки изделия.
Чтобы сформовать металлоизделие, необходимо прибегнуть к использованию так называемой пресс-формы. Металлический порошок засыпается внутрь камеры, которая определяет будущие габариты и точную форму изделия. Изготовление пресс-форм является весьма трудоемкой областью порошковой металлургии.
После придавливания прессом сырой порошок может извлекаться из пресс-формы или же оставаться внутри. Все зависит от технологии производства, а также особенностей металлоизделия и пресс-формы.
Теперь подробнее о том, как спекать металлический порошок.
- Термообработка – после формования металлоизделия заготовка отправляется в печь. Большая часть порошковых металлоизделий создается по технологии твердофазного спекания.
Метод твердофазного спекания предотвращает появление жидкого расплава. Это делается для того, чтобы компоненты шихты были равномерно распределены по всему металлоизделию. При переходе же железа в жидкий расплав вспомогательные добавки просто всплывут в верхнюю часть пресс-формы.
В процессе твердофазного спекания частицы шихты соединяются между собой за счет диффузии и сил поверхностного натяжения оболочки молекулярных соединений.
С ростом температуры и времени спекания структура металла становится более цельной и однородной. Порошковая металлургия дает возможность регулировать параметры спекания в широчайших пределах.
По окончанию спекания металлоизделие остывает и извлекается из пресс-формы.
- Финишная обработка металлоизделия – далеко не всегда после температурной обработки заготовка обретает эталонный размер и идеально ровные поверхности.
В некоторых случаях все же приходится передавать определенные экземпляры порошкового металлоизделия на дополнительную обработку.
