Pulvermetall vad. Teknik för pulvermetallurgi. Klassificering av metoder för att erhålla pulver

Pulvermetallurgi som en metod för att erhålla och bearbeta material kännetecknas den av en mängd olika tekniska metoder och produktionsmetoder, vilket gör det möjligt att erhålla sintrade material och produkter av olika sammansättningar, egenskaper och syften. Två egenskaper sticker ut i tillämpningen av pulvermetallurgimetoder.

1. Möjligheten att erhålla i grunden nya material och produkter från dem med specifika egenskaper som inte kan erhållas med andra tekniska processer (delar från friktion och antifriktion, porösa material och material med speciella fysikaliska egenskaper). Effektiviteten vid tillverkning av sådana delar bestäms i första hand av deras syfte och prestandaegenskaper.

2. Tillverkning av delar som inte har specifika egenskaper, för vilka pulvermetallurgimetoden inte är exklusiv. Dessa inkluderar delar för strukturella ändamål, vars produktion med metoden för pulvermetallurgi endast motiveras av en betydande effekt på grund av en minskning av materialförbrukning, arbetsintensitet, kostnad och andra tekniska och ekonomiska indikatorer.

Ett karakteristiskt drag för pulvermetallurgi som industriell metod för tillverkning av olika typer av ämnen är användningen av råmaterial i form av pulver, som sedan pressas eller formas till produkter av en given storlek och utsätts för värmebehandling (sintring) utförd vid temperaturer under smälttemperatur för laddningens huvudkomponent.

Huvudelementen i pulvermetallurgiteknik är följande:

Erhålla och framställa pulver av råmaterial, som kan vara rena metaller eller deras legeringar, metalloider, föreningar av metaller med icke-metaller och andra kemiska föreningar;

Pressa produkter av den erforderliga formen från den beredda laddningen i speciella formar, d.v.s. formning av den framtida produkten;

Värmebehandling (eller sintring) av pressade produkter, vilket ger dem slutliga fysiska, mekaniska och andra egenskaper.

I tillverkningspraxis påträffas ibland avvikelser från en typisk teknisk process, till exempel en kombination av pressning och sintring, impregnering av en porös brikett med smält metall, ytterligare pressning eller kalibrering av en sintrad halvfabrikat, ytterligare mekanisk bearbetning av sintrade produkter osv.

Fördelarna med pulvermetallurgi är följande:

Förmåga att tillverka delar av eldfasta material, pseudo-legeringar (till exempel koppar - volfram, järn - grafit), porösa material med en förutbestämd porositet (filter, självsmörjande lager);

Betydande besparingar i material på grund av möjligheten att pressa produkter med slutdimensioner som inte behöver (eller nästan inte behöver) efterföljande bearbetning; produktionsavfall i detta fall inte överstiger 1-5%;

Möjlighet att få produkter från material med hög renhet, eftersom vid tillverkning av delar genom pulvermetallurgi (i motsats till gjutning) är införandet av eventuell förorening i det bearbetade materialet uteslutet;

Tekniken för pulvermetallurgi är enkel till sin natur och huvudoperationerna för tillverkning av pulverprodukter kräver inte hög kvalifikation av skötarna;

Möjligheten att automatisera tekniska processer som inte är förknippade med utvecklingen av komplexa orienterings- och transportanordningar, trattar och andra mekanismer som är nödvändiga för tillverkning av delar från styckeämnen.

Kostnadseffektiviteten hos pulvermetallurgimetoder manifesteras till fullo endast vid storskalig produktion. En jämförelse av kostnaderna för tillverkning av delar från gjutna och sintrade ämnen från metallpulver visar att för de förra är den huvudsakliga kostnaden löner för tillverkning, för den senare kostnaden för teknisk utrustning och råvaror. I detta avseende är utbytet av stål- och gjutjärnsdelar i en enkel konfiguration med delar gjorda av metallpulver inte alltid ekonomiskt.

Som erfarenheten visar, med antalet delar som väger 30-50 g mindre än 10 tusen stycken. I de flesta fall är det olönsamt att tillverka delar genom pulvermetallurgi. Den relativt höga kostnaden för initiala pulver och formar gör pulvertillverkningen lönsam endast när volymen av partier av tillverkade produkter bestäms av tiotusentals (tabell 2.27). De unika egenskaperna hos de erhållna produkterna gör det dock ofta ändamålsenligt att tillverka produkter av pulver och i mycket mindre partier.

Till nackdelarna med pulvermetallurgi kan tillskrivas den begränsade storleken och relativa enkelheten i formen av de resulterande produkterna, vilket beror på detaljerna i formningen av pulver. Vid tillverkning av maskindelar genom pulvermetallurgi tillåter närvaron av kvarvarande porositet i vissa fall inte att erhålla samma fysikaliska och mekaniska egenskaper som vid tillverkning genom gjutning eller smide (Fig. 2.44).

I tabell. 2.28 visar förändringen i hållfasthetsegenskaperna för pulver och kompakta material.

Kostnadseffektiva produktionsvolymer av delar från material baserade på järn med hjälp av pulvermetallurgiska metoder

Detaljernas komplexitet

Tillverkning av delar

Undergrupp

utan kalibrering

med kalibrering

utan kalibrering

Delarnas vikt, g

Grundläggande alternativ

Maskinbearbetning

Precisionsgjutning

Mycket svårt

Undergrupp

Grundalternativ - stämpling

med kalibrering

utan kalibrering

med kalibrering

Mycket svårt

Trots bristerna har metoden för pulvermetallurgi blivit så brett och fast etablerad inom alla områden av vetenskap och teknik under de senaste åren att det är svårt att räkna upp alla användningsområden. Låt oss överväga några av dem, som karakteriserar de viktigaste pulvermaterialen och deras användningsområden.

Typiska delar gjorda av strukturella pulvermaterial är kugghjul, kammar, kedjehjul, foder, brickor, pluggar, spärrhakar, muttrar, flänsar, begränsare, delar av mätverktyg etc.

De mekaniska egenskaperna hos strukturella sintrade material kännetecknas av böjhållfasthet, slaghållfasthet, relativ töjning och hårdhet. Andra fysiska och mekaniska egenskaper hos dessa material studeras för närvarande på individuella materialkvaliteter och individuella varianter av den tekniska processen och är valfria. I tabell. 2.29 visar egenskaperna hos vissa strukturella pulvermaterial och deras huvudsakliga användningsområden.

Korrosionsbeständigheten för delar vars porositet inte överstiger 6-7% är densamma som för kompakta material med samma kemiska sammansättning. När porositeten ökar försämras korrosionsbeständigheten.

Vid beslut om huruvida delar ska överföras till tillverkning med pulvermetallurgi, måste följande omständigheter beaktas:

Möjliga kostnader vid tillverkning av delar kan kompenseras av den ekonomiska effekten under drift genom att förbättra produktens prestandaegenskaper;

Allmänna egenskaper och syfte för strukturella pulvermaterial

Den inneboende säkerhetsmarginalen i delar gjorda av gjutna och smidda ämnen med ett konstruktivt val av dimensioner är många gånger större än den som krävs, även om detta inte orsakas av driftskrav; i detta avseende är det nödvändigt att ta hänsyn till de faktiska driftsförhållandena för delarna och de krav som måste ställas på dem när det gäller mekaniska och fysisk-mekaniska egenskaper;

Delar gjorda av pulvermaterial har i genomsnitt 5-15% lägre densitet, vilket minskar materialåtgången och minskar produktens vikt.

Valet av delar för överföring till tillverkning av metallpulver måste göras i två steg. I det första steget utvärderas delens tillverkningsbarhet ur pulvermetallurgins krav och ett möjligt schema för den tekniska processen bestäms. I detta skede analyseras delen för följande egenskaper:

Formen och konfigurationen av delen (delar väljs för vilka kända tekniska scheman för tillverkning av delar från pulver kan tillämpas, gruppen av komplexitet för delen bestäms);

Geometriska dimensioner (rita en skiss av ett sintrat arbetsstycke, analysera behovet och möjligheten att ändra delens storlek och form, behovet av en kalibreringsoperation, arten av delens placering i formen, etc.;

Enligt presstrycket uppskattas pressutrustningens kraft;

Bestäm volymen och behovet av efterföljande bearbetning;

Mekaniska och fysisk-mekaniska egenskaper hos materialet (märket på pulvermaterial väljs, det slutliga schemat för den tekniska processen tilldelas).

I det andra steget analyseras de tekniska och ekonomiska indikatorerna för produktion av produkter och den ekonomiska genomförbarheten av deras överföring till produktion från pulver bestäms.

Analysen utförs enligt indikatorer:

Det årliga programmet av delar (delar väljs, vars antal inte är lägre än den kritiska serielliteten; med ett program under den kritiska är tillverkningen av sintrade delar inte ekonomiskt genomförbar; för delar med speciella egenskaper är det inte möjligt att upprätta en ekonomiskt lönsam serialiseringsnivå, så frågan om att överföra dem till tillverkning genom pulvermetallurgi bör avgöras individuellt);

Metallanvändningsfaktor (jämförande analys av Km utförs vid tillverkning av delar med hjälp av den befintliga tekniken och med metoden för pulvermetallurgi (Km vid tillverkning av delar från pulver är minst 0,75 och beror på det tekniska produktionsschemat);

Kostnader (utför en jämförande analys av kostnaden för att tillverka delar efter tillval).

Efter slutförandet av valet av nomenklaturen av delar för överföring till tillverkning av pulvermaterial, upprättas en teknisk rapport för varje del, där de analyserade delarna är indelade i tre kategorier.

Den första inkluderar delar för vilka det finns tillräcklig erfarenhet av introduktion i industriell produktion av delar av liknande komplexitet och från detta material. Delar kan tillverkas helt enligt beprövad teknik.

Den andra kategorin omfattar delar för vilka det inte finns tillräcklig erfarenhet av att introducera i produktion; det är nödvändigt att kontrollera individuella tekniska lösningar enligt produktionsschemat och utföra fullskaliga tester av delen.

Den tredje kategorin omfattar delar för tillverkning av vilka det saknas erfarenhet av formning och ingen produktionsteknik; det är nödvändigt att utveckla en teknik för att tillverka en del från ett givet material och en omfattande studie av delens material.

Delar som erhålls från pulvermaterial är indelade i tre grupper enligt arbetet: enkla, komplexa och mycket komplexa. Varje grupp har undergrupper med svårighetsgrad. Detaljskisser för motsvarande komplexitetsgrupper visas i fig. 2,45.

Vid design av delar till för tillverkning genom pulvermetallurgi, bör ett antal begränsningar på grund av tekniken för pulvermetallurgi beaktas (Fig. 2.46):

Förenkla formen på delen så mycket som möjligt;

Undvik fördjupningar i sidled, cirkulära spår, omvänd avsmalning och hål som inte är parallella med pressaxeln;

Undvik tunna väggar, smala spår, skarpa hörn etc.;

Dimensionsförändringar i tjocklek och diameter bör vara minimala;

Sträva efter att använda runda sektioner istället för kvadratiska och rektangulära;

Krökningsradien vid de yttre hörnen bör vara minst 2,5 mm och vid de inre hörnen - 0,25 mm;

Med en enda kallpressning följt av sintring kan följande dimensionsnoggrannhet uppnås: 0,03-0,05 mm (radialdimensioner); upp till 0,12 mm (mått i höjd);

Ytgrovheten hos de sintrade delarna bestäms av formarnas ytjämnhet, men närvaron av porositet i delarna tillåter inte att erhålla polerade ytor;

Produkter med en höjd (längd) på mer än fem diametrar kan ha en ojämn densitet; för att uppnå hög homogenitet hos metallen bör förhållandet mellan längden och den maximala storleken på delens tvärsnitt inte överstiga tre;

för att erhålla höghållfasthetsegenskaper hos bearbetade delar är det nödvändigt att använda mer komplexa tekniska processer, inklusive dubbel (trippel) pressning, kalibrering, varmpressning, varmsmidning etc. (en ytterligare förbättring av denna metod är isostatisk pressning, implementerad på speciella isostatiska pressar).

Isostatisk pressning, till skillnad från konventionella metoder, utförs med hjälp av en gas (eller vätska) under högt tryck och likformigt (isostatiskt) komprimering av arbetsstycket längs hela dess yta. Produkter erhållna genom isostatisk pressning kännetecknas av hög och enhetlig densitet. Utgångsmaterialet är oftast metall eller keramiskt pulver. Den är innesluten i en tät elastisk kapsel och komprimerad i en högtrycksbehållare. I isostatiska pressar kan arbetsstycken med en diameter på 1000 mm och en höjd av 2500 mm eller mer pressas.

Pulversammansättningar kan framställas av metaller och olika legeringar. De kan användas på en mängd olika sätt för att skydda arbetsstycken och delar. Pulvermetallurgi är ett aktivt utvecklande område, som har ett stort antal funktioner. Denna riktning av metallurgi dök upp för mer än hundra år sedan.

Får puder

För tillverkning av pulver kan en mängd olika tekniker användas, men de förenas av följande punkter:

1. Lönsamhet. Avfall från metallurgisk industri kan användas som råvara. Ett exempel är skala, som inte används någonstans idag. Dessutom kan annat avfall användas.
2. Geometriska former med hög precision. Produkter som erhålls med den aktuella pulvermetallurgiska tekniken har exakta geometriska former, och efterföljande bearbetning krävs inte. Denna punkt bestämmer en relativt liten mängd avfall.
3. Hög slitstyrka på ytan. På grund av den finkorniga strukturen har de resulterande produkterna ökad hårdhet och styrka.
4. Låg komplexitet hos pulvermetallurgiteknologier.

Med tanke på de vanligaste pulvermetallurgiteknikerna noterar vi att de är indelade i två huvudgrupper:

1. Fysikaliskt-mekaniska metoder består i att mala råvaror, på grund av vilka partikelstorleken blir liten. Sådana produktionsprocesser kännetecknas av en kombination av olika belastningar som påverkar råvarorna.
2. Kemisk-metallurgiska metoder används för att ändra fastillståndet för de använda råvarorna. Ett exempel på sådan produktion är reduktionen av salter och oxider, samt andra metallföreningar.

Dessutom lyfter vi fram följande funktioner i pulverproduktion:

1. Kulmetoden innebär bearbetning av metallskrot i en kulkvarn. Genom noggrann krossning erhålls ett finkornigt pulver.
2. Vortexmetoden består i att använda en speciell kvarn, som skapar ett starkt luftflöde. Kollision av stora partiklar gör att fint pulver erhålls.
3. Användningen av krossar. Belastningen som skapas när en stor massa faller gör att materialet krossas. Slagbelastningen verkar med en viss frekvens, på grund av vilken kompositionen krossas.
4. Finfördelning av råmaterial i flytande form under påverkan av tryckluft. Efter att ha erhållit en spröd komposition passerar metallen genom specialutrustning, som maler den för att erhålla ett pulver.
5. Elektrolys är processen att återvinna metall från en flytande komposition under påverkan av en elektrisk ström. Genom att öka sprödhetsindexet kan råmaterial snabbt malas i speciella krossar. Denna bearbetningsmetod gör det möjligt att erhålla en dendritisk korn.

Vissa av ovanstående pulvermetallurgiteknologier har blivit utbredda inom industrin på grund av deras höga produktivitet och effektivitet, medan andra praktiskt taget inte används idag på grund av ökningen av kostnaderna för de erhållna råvarorna.

komprimering

Pulvermetallurgi tillhandahåller också ett förfarande som bygger på produktion av halvfabrikat i form av stänger och remsor. Efter pressning kan du få en produkt nästan klar att användas.

Funktionerna i komprimeringsprocessen inkluderar följande punkter:

1. Ett bulkämne används som råvara i den aktuella processen.
2. Efter packningen blir det lösa pulvret ett kompakt material med en porös struktur. Styrkan hos den resulterande produkten förvärvas under andra bearbetningsprocesser.

Med tanke på pulverpressningsprocessen noterar vi användningen av följande tekniker:

1. rullande;
2. slipgjutning;
3. isostatisk pressning på grund av applicering av tryck av en gas eller vätska;
4. pressa på ena eller båda sidor när du använder speciella metallmatriser;
5. injektionsmetod.

För att påskynda komprimeringsprocessen utsätts produktpulvret för höga temperaturer. I de flesta fall reduceras avståndet mellan enskilda partiklar av högt tryck. Pulver tillverkade av mjuka metaller har stor styrka.

sintring

Det sista steget i pulvermetallurgi är exponeringen för höga temperaturer. Praktiskt taget varje pulvermetallurgisk metod innebär exponering för höga temperaturer. Sintring utförs för att uppnå följande mål:

1. för att öka produktens densitet;
2. att ge vissa fysiska och mekaniska egenskaper.

För termisk exponering installeras specialutrustning. Den skyddande miljön representeras som regel av inerta gaser, till exempel väte. Sintringsprocessen kan också utföras i vakuum för att öka effektiviteten hos den använda tekniken.

Metoden för induktionsuppvärmning är också mycket populär. Det innebär användning av induktionsugnar, som tillverkas eller tillverkas för hand. Till försäljning finns utrustning som kan kombinera flera tekniska processer: sintring och pressning.

Applicering av pulvermetallurgiska produkter

Pulvermetallurgi används inom flyg, elektroteknik, radioteknik och många andra industrier. Detta beror på att den tillämpade produktionstekniken gör det möjligt att erhålla delar av komplex form. Dessutom gör modern teknik för pulvermetallurgi det möjligt att få delar som har:

1. Hög styrka. Den täta strukturen bestämmer den ökade styrkan.
2. Varaktighet. De resulterande produkterna kan hålla under tuffa driftsförhållanden under lång tid.
3. slitstyrka. Om du behöver få en yta som inte slits ut under mekanisk påfrestning, då måste du överväga pulverformningsteknik.
4. formbarhet. Det är också möjligt att erhålla ämnen med ökad plasticitet.

Dessutom kan spridningen av denna teknik associeras med den låga kostnaden för de erhållna produkterna.

Fördelar och nackdelar
Metoden för att få produkter från pulver har blivit ganska utbredd på grund av det stora antalet fördelar:

1. låg kostnad för de erhållna produkterna;
2. förmågan att producera stora delar med komplexa ytor;
3. höga fysiska och mekaniska egenskaper.

Den metallurgiska pulvermetoden kännetecknas också av flera nackdelar:

1. Den resulterande strukturen har en relativt låg hållfasthet.
2. Strukturen kännetecknas av en lägre densitet.
3. Den teknik som övervägs innefattar användning av specialutrustning.
4. Om produktionstekniken kränks är delarna av dålig kvalitet.

Idag används pulvermetallurgi aktivt i olika branscher. Dessutom pågår en utveckling som syftar till att förbättra kvaliteten på de erhållna produkterna.

Sammanfattningsvis noterar vi att när fina partiklar av olika metaller och legeringar kombineras erhålls material med speciella prestandaegenskaper.

Pulvermetallurgi är en vetenskaplig och teknisk gren som kombinerar olika metoder för framställning av pulver baserade på metaller och deras legeringar, metallliknande föreningar, färdiga produkter och halvfabrikat av dessa, samt blandningar av dem med icke-metallisk natur pulver utan användning av smältteknik i förhållande till grundkomponenterna.

Mänskligheten har länge varit engagerad i produktion av en mängd olika metallpulver och kex genom att reducera metalloxider med hjälp av. Till exempel, även tre tusen år före Kristi födelse, användes pulveriserat guld aktivt för att dekorera alla typer av ytor. Mästarna i det antika Egypten och Babylon använde några av teknikerna för pulvermetallurgi vid tillverkning av järnverktyg.

Början av den moderna utvecklingsperioden för denna industri lades av den inhemska vetenskapsmannen Sobolevsky P.G., som i samarbete med Lyubarsky V.V. på 1800-talets tjugotalet utvecklade han en speciell metod för framställning av olika produkter med platinapulver. Därefter började den accelererade utvecklingen av pulverbaserad metallurgi, eftersom den gjorde det möjligt att skapa produkter med verkligt exklusiva egenskaper som inte kunde uppnås på andra sätt. Till exempel kan detta nummer inkludera porösa lager eller filtreringsanordningar. Material började också dyka upp, vars struktur är given och material, som inkluderar metaller med oxider, metaller med polymerer, etc.

Inom pulvermetallurgi kan hela volymen av tekniska operationer som utförs delas in i följande grupper:

Erhålla oädel metallpulver och blanda dem, som ett resultat av vilket ;
komprimering av pulver eller blandningar gjorda av dem, bildande av ämnen;
sintring.

Mottagande

Pulver som används i denna metallurgiindustri inkluderar partiklar vars storlek kan variera från 1/100 till 500 mikron. För att få dem tar de till mekaniska och fysikalisk-kemiska metoder. Den första kategorin inkluderar malning av fasta metaller eller metallliknande föreningar, samt dispergering av metaller och legeringar som är i flytande tillstånd. För krossning av fasta material används kvarnar utrustade med malkroppar, roterande delar eller som arbetar enligt slagprincipen. Källmaterialets natur bestämmer formen på partiklarna som erhålls genom krossning: om det är sprött, är partiklarna fragmenterade, om de är plastiska - fjällande. Plastisk deformation, som är typisk för krossat pulver, leder till en omformatering av deras inneboende egenskaper och strukturella modifieringar.

Atomisering (även kallad dispersion) av metaller och legeringar av flytande konsistens utförs med hjälp av en stråle av vätska eller gas med munstycken av olika former. Egenskaperna hos sprutade pulver påverkas av ett antal faktorer, inklusive ytspänningen hos den smälta massan, hastigheten med vilken sprutning utförs, nyanserna av munstycksgeometrin och andra.

Besprutning med vatten genomförs ofta i en kväve- eller argonmiljö. På så sätt erhålls järn, nickel och andra pulver. Om den smälta massan sprutas på grund av en gas under betydande tryck, kommer partiklarna i slutprodukten att ha en annan storlek beroende på tryckindikatorerna, tvärsnittet av den utgående metallstrålen, nyanserna i munstycksstrukturen och legeringens naturliga egenskaper.

Luft, kväve eller argon samt vattenånga kan fungera som spraygas. Det finns andra metoder för att spruta metall, i synnerhet plasma, såväl som en metod för att spruta en metallstråle i vatten. Dessa metoder används främst vid tillverkning av silver-, tenn- och aluminiumpulver.

Kategorin av metoder av fysikalisk och kemisk natur involverade i framställningen av metallpulver inkluderar reduktion av metalloxider genom att exponera dem för kol, väte eller gaser som innehåller kolväten. Det finns också metallotermiska metoder: reduktion av oxider, halogenider och andra metallföreningar genom att exponera dem för andra metaller; klyvning av metallkarbonyler och föreningar av organometallisk natur; elektrolys av saltsmältor och lösningar på vatten. För att erhålla pulver av metallliknande föreningar, utöver ovanstående metoder, tillgriper man deras syntes från enkla ämnen.

Pressa (komprimera)

Denna operation är nödvändig för att erhålla halvfabrikat i form av stänger, rör, remsor eller enskilda ämnen, vars form ligger nära slutprodukterna. Efter att ha passerat genom komprimeringsproceduren omvandlas det friflytande pulvret till ett kompakt material med en porös struktur, vars styrka gör att det kan behålla sin form under ytterligare operationer.

De grundläggande pressmetoderna är:

Pressning på ena eller båda sidor i speciella metallmatriser;
isostatisk pressning på grund av gas- eller vätsketryck;
pressning av munstycke;
rullande;
slipgjutning;
pressning med hög hastighet, inklusive sprängämne;
injektionsbildning.

Det är möjligt att utföra packning både i rumstemperatur och i högtemperaturmiljö.

Vid pressning komprimeras pulvret på grund av att dess partiklar förskjuts i förhållande till varandra och därefter deformeras eller förstörs. Användningen av tillräckligt högt tryck vid arbete med duktila metallpulver gör det möjligt att uppnå kompaktering främst på grund av plastisk deformation, och vid arbete med spröda metaller och deras föreningar, på grund av förstörelse och krossning av partiklar. Pulver erhållna från sega metaller kännetecknas av högre hållfasthet, och speciella bindevätskekomponenter används dessutom för att ge de nödvändiga hållfasthetsegenskaperna till pulver från spröda metaller.

I massproduktion är den mest efterfrågade pressningen av pulver i styva matriser (formar) gjorda av metall, för vilka tabletterings-, roterande och andra pressmaskiner med en mekanisk eller hydraulisk driftprincip används.

Komprimering genom valsning innebär bildning av arbetsstycken i ett kontinuerligt läge i valsverk utrustade med valsar. Pulvret hälls i rullarna av sig självt eller matas med våld. Valsning gör det möjligt att få plåt, profiler och remsor med porös struktur.

Isostatisk pressteknik innebär att pulver eller porösa ämnen placeras i ett speciellt skal, följt av det, varefter materialet komprimeras från alla sidor. Slutligen dekomprimeras skalet. Isostatisk pressning, beroende på vilken typ av arbetsmedium som används, delas in i hydro- och gasostatisk. Det första alternativet utförs i de flesta fall vid rumstemperatur, medan det andra kräver höga temperaturer. På grund av isostatisk pressning är det möjligt att få produkter som har en komplex form och har en extremt jämn densitet i hela volymen.

Munstyckespressning har fått sitt namn från det faktum att i denna metod pressas pulvret blandat med en mjukgörare genom ett hål i munstycket. Dessutom kan i detta fall svårkomprimerade pulver tillverkade av spröda metaller användas som bas. Resultatet av sådan bearbetning är produktionen av långa arbetsstycken med en enhetlig sammansättning och enhetlig densitet.

Slipgjutning är en metod för pulvermetallurgi, som innebär tillverkning av produkter från så kallade slips - homogena koncentrerade pulversuspensioner, som kännetecknas av hög aggregations- och sedimentationsstabilitet, god fluiditet.

Det finns följande typer av slip:

Gjutning i formar med porös struktur, i vilka pulverpartiklar dras in av vätskan i porerna, där de sedan sätter sig;
varmgjutning, vilket innebär att en blandning av pulver med ett fast bindemedel värms upp till en temperatur vid vilken detta ämne får en viskös konsistens. I detta tillstånd hälls denna blandning i formar, varefter den kyls för att stelna;
bildning genom den elektroforetiska metoden, där bildningen av produkten sker på grund av den gradvisa uppbyggnaden av ett lager av glidpartiklar, som ändrar sin plats under inverkan av ett elektriskt fält, rör sig mot formelektroden och sätter sig där.

Kärnan i höghastighetspressning är deformationen av pulvret vid hög hastighet. Det kan vara explosivt, magnetisk puls, hydrodynamiskt, etc.

sintring

Den sista operationen vid tillverkning av produkter genom pulvermetallurgi är sintring. Det innebär ämnen under förhållanden där temperaturen inte når det värde som krävs för att smälta åtminstone en av komponenterna.

Denna procedur är nödvändig för att öka produktens densitet och ge den vissa mekaniska och fysikalisk-kemiska egenskaper. I början av sintringen glider partiklarna i förhållande till varandra, kontakter bildas mellan dem och partiklarnas centra närmar sig varandra. Vid denna tidpunkt har partiklarna fortfarande individualitet, men densiteten ökar så snabbt som möjligt. Därefter förblir kroppen samtidigt i materiens fas och tomhetsfasen, och slutar med komprimering genom att minimera antalet och storleken på porer.

För sintring används i de flesta fall ett skyddsmedium, vanligtvis representerat av inerta gaser, ett reducerande medium, som är väte- eller kolväteinnehållande gaser, eller vakuum. Produkterna värms upp i elektriska eller induktionsugnar eller genom likströmsöverföring.

Det är möjligt att kombinera sintring med pressning i en process: sintring under tryck, varmpressning.

Material och produkter

Teknikerna som används inom pulvermetallurgi gör det möjligt att tillverka specifika material som klassificeras som pulver. Deras klassificering görs beroende på deras inneboende egenskaper, kvaliteter och egenskaper.

Pulverliknande material från kategorin strukturmaterial används för tillverkning av alla typer av delar för enheter och maskiner med olika mekanismer. De har ökad mekanisk styrka, och de är ganska ekonomiska.
Användningen av pulvermaterial för tillverkning av filter beror på att de kan förses med förbättrade egenskaper jämfört med andra porösa material. I synnerhet kännetecknas de av hög rengöringsförmåga samtidigt som de bibehåller tillräcklig permeabilitet, motståndskraft mot höga temperaturer, utmärkt hållfasthet, utmärkt värmeledningsförmåga, låg känslighet för nötande slitage.

Tack vare de metoder som används inom pulvermetallurgi kan filterprodukter erhållas med variabel eller justerbar porositet, permeabilitetsnivå samt reningsgrad. Filter, tillsammans med porösa strukturlager, ingår i listan över huvudtyperna av porösa produkter gjorda av pulvermaterial.

Tribologiska material är antifriktion och friktion. De förra kännetecknas av närvaron av en fast matris, inuti vilken det finns ett mjukt fyllmedel. Pulvermetallurgiska metoder gör det möjligt att erhålla antifriktionsprodukter med låg och stabil friktionskoefficient, högkvalitativ inkörning, litet slitage och motståndskraft mot beslag. Sådana produkter klassificeras som självsmörjande, eftersom smörjmedlet placeras i deras porer.

Antifriktionsmaterial är lämpliga för produktion av olika tredimensionella element, men klarar också perfekt av funktionen hos beläggningar avsatta på substrat. Ett av de mest slående exemplen på produkter tillverkade av material i denna klass är glidlager.

Friktionsmaterial av pulvertyp används i enheter som tjänar till att överföra kinetisk energi. Dessa material kännetecknas av hög slitstyrka, utmärkta hållfasthetsegenskaper, de leder värme bra och är lätta att köra i. Som regel inkluderar sammansättningen av sådana material komponenter av metallisk och icke-metallisk natur. De förstnämnda ger färdiga produkter hög värmeledningsförmåga och inkörningsförmåga, medan de senare behövs för att öka friktionskoefficienten och minimera sannolikheten för att de fastnar.

Karbidpulverprodukter innehåller eldfasta karbider i kombination med plastbindemedel av metallisk natur. De tillverkas genom att pressa pulverblandningar och bakning i flytande fas. Karbidmaterial, kännetecknade av höga hållfasthetsegenskaper, kännetecknade av hårdhet och lågt slitage, kan vara volframhaltiga och volframfria. Dessa legeringar tjänar som grund för tillverkning av verktyg som används vid skärning av metall, stansning, tryck, bergborrning.

För att förbättra egenskaperna hos sådana verktyg appliceras ofta dessutom en beläggning av eldfasta föreningar på deras yta.

Kategorin av elektriska material av pulvertyp är uppdelad i flera grupper: kontakt, elektriskt ledande, magnetiska och andra. Kontaktmaterial låter dig skapa sådana kontakter som tål upp till flera miljoner kretsar och öppningar av elektriska kretsar. Det finns också alternativ för glidkontakter, som används vid tillverkning av elmotorer, generatorer, potentiometrar, strömavtagare och andra enheter.

Högtemperaturmaterial erhållna genom pulvermetallurgi är baserade på legeringar av eldfasta metaller (

Pulvermetallurgi är en teknik för att erhålla metallpulver och tillverka produkter från dem (eller deras kompositioner med icke-metallpulver). I allmänhet består den tekniska processen för pulvermetallurgi av fyra huvudsteg: pulverproduktion, pulverblandning, komprimering (pressning, brikettering) och sintring.

Den används som en kostnadseffektiv ersättning för mekanisk bearbetning i massproduktion. Tekniken gör det möjligt att erhålla högprecisionsprodukter. Det används också för att uppnå speciella egenskaper eller specificerade egenskaper som inte kan erhållas med någon annan metod.

Historia och möjligheter

Pulvermetallurgi fanns i Egypten på 300-talet f.Kr. e. De forntida inkafolket gjorde smycken och andra artefakter av ädelmetallpulver. Massproduktion av pulvermetallurgiska produkter börjar i mitten av 1800-talet.

Pulvermetallurgi utvecklades och gjorde det möjligt att erhålla nya material - pseudo-legeringar från icke-smältbara gjutkomponenter med kontrollerade egenskaper: mekaniska, magnetiska, etc.

Pulvermetallprodukter används idag inom ett brett spektrum av industrier, från fordons- och flygindustrin till elverktyg och hushållsapparater. Tekniken fortsätter att utvecklas

Skaffa metallpulver

Det finns flera sätt att få fram metallpulver. De fysiska, kemiska och tekniska egenskaperna hos pulver, formen på partiklarna beror på metoden för deras produktion. Här är de viktigaste industriella metoderna för att tillverka metallpulver:

Mekanisk slipning av metaller i virvel-, vibrations- och kulkvarnar.

metall titan filter

Ris. ett

Sprayning av smältor (flytande metaller) med tryckluft utfördes i en inert gasmiljö. Metoden dök upp på 1960-talet. Dess fördelar är möjligheten till effektiv rening av smältan från många föroreningar, hög produktivitet och ekonomi i processen.

Återvinning av malm eller fjäll. Den mest ekonomiska metoden. Nästan hälften av allt järnpulver erhålls genom reduktion av malm.

Återvinning av oxider och salter är en av de vanligaste och mest ekonomiska metoderna, särskilt när malmer, metallurgiskt avfall (skala) och andra billiga råvaror används som utgångsmaterial. Restaurering i ordets tekniska betydelse är processen att erhålla en metall från dess kemiska förening genom att ta bort en icke-metallisk komponent (syre, saltrester) med hjälp av ett ämne som kallas ett reduktionsmedel. Reduktionsprocessen är också en oxidationsprocess. Om den ursprungliga kemiska föreningen (oxid, salt) förlorar sin icke-metalliska komponent eller reduceras, så interagerar reduktionsmedlet med det eller oxideras.

I allmänhet kan reduktionsreaktionen skrivas som

MeB + X - Jag + XB,

Där Me är vilken metall som helst vars pulver måste erhållas;

B - icke-metallisk komponent (syre, saltrester, etc.) av den ursprungliga kemiska föreningen som återställs;

X - reduktionsmedel;

HB är en kemisk förening av ett reduktionsmedel.

Pilarna indikerar att under reaktionen kan den initiala föreningen (MeB) återbildas som ett resultat av interaktionen mellan den resulterande metallen (Me) och reduktionsmedelsföreningen (CB). För att bedöma möjligheten att reduktionsreaktionen inträffar är det nödvändigt att jämföra de värden som kännetecknar styrkan hos kemiska bindningar i metallföreningen (MeB) och den resulterande reduktionsmedelsföreningen (CB). Det kvantitativa måttet på dessa mängder är värdet av den fria energi som frigörs under bildningen av motsvarande kemiska förening. Ju mer energi som frigörs, desto starkare är den kemiska bindningen. Därför är reduktionsreaktionen möjlig endast om mer energi frigörs under bildningen av reduktionsmedelsföreningen (CB) än under bildningen av metallföreningen (MeB).

Ett reduktionsmedel kan bara vara ett ämne som har en större kemisk affinitet för den icke-metalliska komponenten i den reducerade föreningen än den resulterande metallen. Inom pulvermetallurgi är de vanligaste reduktionsmedlen:

• - väte;
• - kolmonoxid (CO);
• - Konvertibel naturgas.
• - dissocierad ammoniak;
• - endoterm gas (endogas);
• - fast kol (koks, kol, sot);
• - metaller.

Väte är en av de mest aktiva reducerande gaserna. I naturen finns väte nästan aldrig i ett fritt tillstånd, och därför är rationella metoder för dess industriella produktion av stor betydelse. Den så kallade järn-ångmetoden för framställning av väte och elektrolys av vatten har fått praktisk betydelse.

I järn-ångprocessen erhålls väte genom att behandla glödhett (ca 800 ºC) järn med vattenånga enligt reaktionerna

Fe + H2O = FeO + H2

3FeO + H2O = Fe3O4 + H2

Den resulterande gasen innehåller upp till 98% väte och har en ganska hög kostnad, vilket begränsar dess användning inom pulvermetallurgi.

När väte produceras genom elektrolys av vatten, används vattenlösningar av alkalier (NaOH, KOH) eller syror (H 2 SO 4) som en elektrolyt, eftersom rent vatten inte överför elektrisk ström bra. När likström passerar genom sådana lösningar sönderdelas vatten till vätejoner (H +) och hydroxyljoner (OH -) enligt schemat

H2O > H+ + OH

Vätejoner flyttar till katoden, där de ger upp sin laddning och förvandlas till väteatomer. Som ett resultat frigörs vätgas vid katoden. Hydroxidjoner ger upp sin laddning vid anoden, vilket resulterar i att vatten och syre bildas vid anoden. Gasen som erhålls på detta sätt innehåller minst 99,8 % väte.

Användningen av väte för reduktionsändamål är relativt begränsad på grund av dess höga kostnad. Dessutom är det nödvändigt att komma ihåg vätgas explosiva natur och strikt följa säkerhetsföreskrifter när du arbetar med det. Reduktion av väte ger pulver av volfram, molybden, kobolt, järn, nickel och några andra legeringar.

Kolmonoxid framställs vanligtvis genom förgasning av lågsvavlig koks eller träkol med hjälp av syrgasblåsning enligt reaktionerna

Den resulterande kolmonoxiden (CO) renas från damm, svavelföreningar, koldioxid, fukt och innehåller efter rengöring minst 92 % CO. Kostnaden för den erhållna kolmonoxiden är hög, därför används den praktiskt taget inte för produktion av metallpulver genom reduktion. Omvandlare naturgas. Naturgas innehåller 93 - 98% metan (CH 4). Omvandlingsprocessen består i växelverkan av metan med ånga vid en temperatur av 900 - 1100 ° C och i närvaro av en katalysator enligt reaktionen

CH4 + H2O \u003d 3H2 + CO

Konvertibel gas som produceras i industriugnar innehåller 75-76% H 2, 22-23% CO. Det är 8-10 gånger billigare än väte och, beroende på dess kvalitet, används det för att reducera oxider vid tillverkning av järnpulver, pulver av medelkolhaltiga och legerade stål, järn-nickel, järn-volfram och andra legeringar.

Dissocierad ammoniak är ett billigt och bra substitut för väte. Nedbrytningen av ammoniak utförs i speciella reaktorer (dissociatorer) vid en temperatur på 600 - 650 ºC. Dissocierad ammoniak innehåller 75 % H 2 och 25 % N 2 och används som reduktionsmedel vid framställning av kobolt-, järn-, nickel- och volframpulver.

Endoterm gas erhålls genom förbränning av naturgas eller annan kolvätegas med betydande brist på luft med värme tillförd utifrån. Endoterm gas (endogas) har nyligen funnit bred användning inom pulvermetallurgi, även om den har en lägre reducerande förmåga jämfört med väte. Det beror på att det är mer än tio gånger billigare än väte och mindre explosivt.

Processen med ofullständig förbränning av naturgas utförs med brist på luft i två steg. I det första steget interagerar syre med metan enligt reaktionen

CH 2 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

I det andra steget av processen reagerar överskott av metan med den bildade CO 2 och H 2 O enligt reaktionerna

CH 4 + CO 2 \u003d 2CO + 2H 2

CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2

Den totala termiska effekten av reaktionerna i de första och andra stegen är negativ, och därför krävs ytterligare värmetillförsel utifrån för att upprätthålla processen. Endogas erhållen från naturgas innehåller 18 - 20 % CO, 38 - 40 % H 2 , ca 1 % CO, resten N 2 . Med användning av endogas erhålls pulver av järn och medelstora kolstål.

Fast kol vid framställning av pulver genom reduktion används i form av koks, träkol och sot. Dessa material är starka reduktionsmedel, eftersom de innehåller 93 - 98% kol. En betydande nackdel med dessa material som används som reduktionsmedel är att de innehåller oönskade föroreningar (svavel, aska, fukt) som förvandlas till pulver och försämrar dess egenskaper.

Metall-termisk. Processen för reduktion av en kemisk förening med en metall kallas metallotermisk, baserat på den höga affiniteten hos den reducerande metallen för syre eller ett annat icke-metalliskt element i föreningen än den metall som reduceras. Kalcium, magnesium, aluminium, natrium, kalium, zirkonium och beryllium har hög affinitet för syre. I praktiken, för implementering av metallotermiska reduktionsreaktioner, används huvudsakligen kalcium, magnesium, aluminium och natrium.

Det ställs krav på reducerande metaller så att de inte bildar legeringar och andra föreningar med den resulterande metallen. Överskottet av reduktionsmedlet, såväl som biprodukter från reaktionen, måste fullständigt separeras från den reducerade metallen.

Pulver av titan, tantal, niob, legerade stål erhålls genom metallotermisk reduktion.

elektrolytisk metod.

Bland de fysikalisk-kemiska metoderna för att erhålla metallpulver kommer den elektrolytiska metoden på andra plats i industriell distribution efter reduktion.

Produktionen av pulver genom elektrolys består i sönderdelning av vattenlösningar av föreningar av metallen som isoleras eller dess smälta salter genom att leda en elektrisk likström genom dem och efterföljande urladdning av motsvarande metalljoner vid katoden.

Under elektrolys utförs överföringen av elektricitet i en elektrolyt, som är en lösning av salter, syror och baser, genom rörelsen av positiva och negativa joner som bildas som ett resultat av dissociationen av molekylerna i dessa kemiska föreningar. Joner i en elektrolyt i frånvaro av ett externt elektriskt fält rör sig slumpmässigt. När ett elektriskt fält appliceras blir rörelsen av joner ordnad, och katjoner flyttar till katoden och anjoner - till anoden.

Källan till elektrisk ström är en slags motor eller pump som flyttar elektroner från en pol till en annan. Som ett resultat av en sådan påtvingad rörelse av elektroner på katoden bildas ett överskott av negativt laddade elektroner på katoden, ett överskott av negativt laddade elektroner bildas och den får en negativ laddning, och anoden har förlorat en del av elektroner, får en positiv laddning.

Källan till joner för den frigjorda metallen är en anod som består av denna metall och en elektrolyt som innehåller dess lösliga förening. Vid användning av en olöslig anod är endast elektrolyten källan till jonerna i den separerade metallen.

Omvandlingen av en metalljon till en atom är förknippad med förbrukningen av en viss mängd energi. Därför sker i första hand urladdningsprocessen, vilket kräver mindre energi. I detta avseende är elektrolys också en raffineringsprocess, eftersom inte alla katjoner som finns i elektrolyten under dessa förhållanden kan frigöras vid katoden. I det här fallet gör elektrolysmetoden det möjligt att erhålla pulver med hög renhet, vilket tillåter användningen av även förorenade utgångsmaterial.

Beroende på elektrolysförhållandena vid katoden är det möjligt att få fasta spröda avlagringar i form av täta lager, svampiga mjuka avlagringar och lösa avlagringar. Fasta och svampiga fällningar krossas för att få ett pulver, och lösa används som ett färdigt pulver. De viktigaste faktorerna som påverkar strukturen hos katodavsättningen är:

• - koncentration av joner av den frigjorda metallen;
• - elektrolyttemperatur;
• - strömtäthet.

Koncentrationen av joner i den frigjorda metallen påverkar kvantiteten och kvaliteten på katodavsättningen. Under elektrolys börjar utfällningen av metall på katoden inte över hela dess yta, utan på separata platser, i de primära kristallisationscentra. En ökning av koncentrationen av joner i den frigjorda metallen skapar en accelererad tillförsel av dessa centra, vilket resulterar i bildandet av en tät fällning. En minskning av koncentrationen av metalljoner i elektrolyten skapar förutsättningar för bildandet av en lös fällning. Men om koncentrationen är för låg kommer även andra joner att vara involverade i elektrotransportprocessen, vilket kommer att minska mängden katodavlagring.

elektrolyttemperatur. Med en ökning av temperaturen ökar jonernas rörlighet, deras överföring påskyndas och en ökad koncentration av katjoner vid katoden upprätthålls. Samtidigt ökar intensiteten av den kemiska interaktionen av den utfällda metallen med elektrolyten, vilket leder till en minskning av mängden metallavlagring på katoden. Dessutom ökar elektrolytens flyktighet, vilket försämrar arbetsförhållandena. I praktiken utförs elektrolysen av vattenlösningar vid en elektrolyttemperatur på 40–60 °C, och elektrolysen av smältor utförs vid en temperatur under smälttemperaturen för metallen som isoleras, vilket säkerställer minimala sidoprocesser.

Strömtätheten är styrkan hos strömmen som passerar genom 1 m2 av elektroden. Det relaterar strömstyrkan, som är den viktigaste faktorn som kännetecknar dess prestanda, med den totala arbetsytan för katoderna eller anoderna i badet:

där P - strömtäthet, (A / m2);

J - strömstyrka, A;

S är den totala arbetsytan för katoder eller anoder, m2.

Katod- och anodströmtätheterna i badet sammanfaller inte, eftersom de totala ytorna på katoderna och anoderna alltid skiljer sig från varandra av ett antal skäl. Med en hög strömtäthet per ytenhet av katoden urladdas fler joner och därmed skapas många primära kristallisationscentra. På grund av den låga kristalltillväxthastigheten bildas små, dispergerade fällningar. En hög strömtäthet leder emellertid till frigöring av sekundära element på katoden och minskar mängden avsättning av den frigjorda metallen. Dessutom, med en ökning av katodströmtätheten, ökar anodströmdensiteten också, vilket resulterar i att urladdningen av sidojoner börjar vid anoden, vilket leder till en försämring av tekniska och ekonomiska indikatorer. Därför bör strömtätheten vara den högsta tillåtna och inte överstiga det optimala värdet.

Ändringen av strömtätheten utförs genom att ändra strömstyrkan i badet eller genom att ändra antalet katoder (katodytan) vid en konstant strömstyrka.

Andra faktorer påverkar också elektrolysen och egenskaperna hos katodavlagringen. I synnerhet avståndet mellan elektroderna, varaktigheten av uppbyggnaden av pulvret, surheten hos elektrolyten, närvaron av främmande joner i den, elektrolytens cirkulationshastighet, formen och tillståndet på elektrodytan och annat faktorer.

Elektrolys kan producera pulver av alla metaller. För närvarande producerar elektrolys pulver av koppar, järn, silver, zink, nickel, kadmium, tenn, antimon, såväl som deras legeringar.

Den elektrolytiska metoden för framställning av pulver kännetecknas av låg produktivitet och en ganska hög kostnad för det resulterande pulvret. Emellertid kompenserar renheten och de höga tekniska egenskaperna hos elektrolytiska pulver till stor del för metodens brister.

Dissociation av karbonyler. Karbonyler är kemiska föreningar av metaller med kolmonoxid, som kan uttryckas med den allmänna formeln Me a (CO) c. Grunden för karbonylmetoden är förmågan hos vissa metaller under inverkan av kolmonoxid (CO) att bilda komplexa föreningar som kallas karbonyler, som under vissa förhållanden kan dissociera och bilda pulver. Det allmänna kravet för sådana föreningar vid framställning av pulver är deras höga flyktighet och låga temperaturer vid bildning och termisk sönderdelning.

Karbonylprocessen för att erhålla pulver sker i två steg enligt reaktionerna:

Me a B c + cCO > Me a (CO) c

Me a (CO) c > aMe + cCO

I det första steget interagerar råvaran (Me a B c) som innehåller metall (Me) i kombination med ballastämnet (B c) med kolmonoxid (CO) och bildar en mellanprodukt - karbonyl [Me a (CO) c] , som separeras från ballastföroreningar på grund av sin höga flyktighet och samlas upp i sin rena form.

I det andra steget dissocierar mellanprodukten (karbonyl) vid upphettning till metall och kolmonoxid, som vanligtvis återförs till det första steget av processen.

Det första steget i karbonylprocessen kallas syntesen av metallen karbonyl, och det andra är den termiska nedbrytningen av karbonylen.

Under syntesen av karbonyl adsorberas gasformiga kolmonoxid (CO) molekyler på ytan av källmaterialet, vilket kan vara metallskrot, metallbearbetningsavfall, oxiderade malmer och sedan ingå i kemisk interaktion med metallkomponenten i råmaterialet.

Den resulterande karbonylföreningen förblir först på metallytan, hållen av kohesiva krafter, och avlägsnas sedan från den i form av en gas. Karbonylbildningsreaktionen äger rum varhelst kolmonoxid kommer i kontakt med metallytan i råvaran, nämligen utanför den fasta kroppen, i dess sprickor och porer. Bildningen av karbonyl påverkas av temperaturförhållanden, såväl som närvaron av ämnen som hämmar eller påskyndar reaktionen.

Termisk dissociation av karbonyl till metall och kolmonoxid sker vanligtvis vid en relativt låg temperatur. Först uppstår metallatomer och gasformiga molekyler av kolmonoxid. Pulverpartiklar bildas som ett resultat av kristallisation av ångformig metall. Först bildas embryon, och sedan växer pulverkorn av olika former från dem.

Hastigheten för bildning av kärnor och bildningshastigheten för metallkristaller påverkas av graden av vakuum i apparaten, koncentrationen av metallångor och främst temperaturen. Vid relativt låg temperatur bildas betydligt fler kärnor än vid förhöjd temperatur. En ökning av koncentrationen av metallånga och en minskning av vakuum i apparaten gynnar bildandet av kärnor.

Förutsättningarna för utvecklingen av embryon skiljer sig från förutsättningarna för deras bildande. Kristalltillväxthastigheten beror också på processtemperaturen och på metallångkoncentrationen. Emellertid påverkar vakuumets djup formen och storleken på metallpartiklarna. Under högvakuumförhållanden bildas mycket små partiklar med välformade ytor. I ett måttligt vakuum bildas en blandning av vanliga kristaller av olika storlekar och i ett grunt vakuum uppstår dendriter. I industriell skala producerar karbonylmetoden pulver av nickel, järn, kobolt, krom, molybden, volfram och några andra metaller. Metoden gör det också möjligt att erhålla polymetalliska pulver, såsom järn-nickel, järn-molybden, järn-kobolt och järn-nickel-molybden pulver. I detta fall utsätts en blandning av karbonyler av motsvarande metaller för termisk sönderdelning. Karbonylerna själva framställs separat. Legeringar kan också erhållas om ett pulver av en annan metall införs i sönderdelningsapparaten tillsammans med karbonylånga. Karbonylen sönderdelas på ytan av pulverpartiklarna och en legering bildas.

hydrometallurgisk metod. Metoden är en av klormetallurgins metoder, som använder de aktiva egenskaperna hos klor och klorider för att erhålla sällsynta metaller och ämnen i högrent tillstånd, när andra kända metoder inte kan tillämpas. Metoden kan även användas för att erhålla ett legerat pulver från komplexa malmer innehållande nickel, krom, vanadin och andra legeringsämnen, som idag bearbetas med stora förluster av dessa grundämnen.

Kärnan i metoden ligger i det faktum att det metallhaltiga materialet utsätts för en reduktionsprocess. Den resulterande produkten behandlas med saltsyra, som ett resultat av vilken metallen går i lösning och bildar klorider enligt schemat:

Me + HCl > MeCl + H 2

Olösliga komponenter (råberg, aska etc.) finns kvar i sedimentet. Lösningen separeras från filterkakan, indunstas till en mättnadskoncentration och utsätts för kristallisation. De resulterande kloridkristallerna reduceras med väte.

När det gäller komplexa malmer går järn, nickel, krom, vanadin och mangan i lösning. Den olösliga fällningen har ett oberoende värde, eftersom den efter att ha överförts till en lösning av järn och några legeringselement berikas med andra komponenter.

När det gäller termodynamik, som kännetecknar möjligheten att erhålla legerat järn från malmer med kloridmetoden, är tre huvudoperationer av intresse:

• - återvinningsrostning av malm;
• - upplösning av bränd malm i saltsyra;
• - återvinning av klorider.

Beräkningar visar att reduktionseldning i temperaturområdet 700–1000°C kan minska järn- och nickeloxider. Oxider av andra metaller i det angivna temperaturområdet återställs inte. Men i närvaro av järn är reduktion av krom- och manganoxider möjlig, åtföljd av bildningen av en fast lösning (Fe - Me), vilket minskar den reducerade metallens affinitet för syre.

Det följer av ovanstående beroenden att i närvaro av järn är gasens jämviktssammansättning sämre i väte och kolmonoxid. Och bildandet av en lösning av krom och mangan i järn underlättar i hög grad processen att reducera oxider av krom och mangan och flyttar den till lägre temperaturer.

Följaktligen, under reduktiv rostning av komplexa malmer, är det möjligt att reducera järn, nickel, krom, mangan, och när den rostade malmen löses i saltsyra kommer de att gå i lösning och bilda klorider. Oxiderna av de andra grundämnena som utgör malmerna reduceras inte under dessa förhållanden och kommer att övergå till en olöslig rest.

Mangan och kromklorider reduceras inte vid dessa temperaturer. Men deras minskning i närvaro av metalliskt järn är möjlig vid temperaturer på 600 - 700 ° C med bildning av en fast lösning av krom och mangan i järn.

Således visar termodynamiska beräkningar möjligheten att utföra huvudoperationerna av kloridmetoden för att erhålla legerat järn från kombinerade malmer. Under bränning är det möjligt att reducera oxider av järn, nickel vid temperaturer på 700–1000 °C och starkare oxider av krom och mangan vid 900–1000 °C i närvaro av metalliskt järn med bildning av fasta lösningar av dessa grundämnen i järn. När malm löses i saltsyra går huvudelementen i lösning och bildar klorider, vars minskning är möjlig vid temperaturer på 600 - 700 ° C.

Den tekniska processen för att erhålla legerat järn från komplexa malmer med kloridmetoden visas i figur 58. Den malm som i genomsnitt beräknas på malmgården går in i krossavdelningen. Här tillhandahålls även ett fast reduktionsmedel. Under malningsprocessen blandas malmen och reduktionsmedlet jämnt. Den beredda blandningen skickas för återvinningsbränning. För att påskynda processen utförs bränningen med ett gasformigt reduktionsmedel. Malmen som utsätts för reduktionsrostning skickas till upplösningsreaktorer fyllda med saltsyra.

Det initiala upplösningsskedet sker snabbt, åtföljt av en intensiv frisättning av väte, som, efter att ha passerat genom torknings- och reningssystemen, matas till reduktion av klorider. När koncentrationen av saltsyra minskar och ytan av den fasta fasen minskar, minskar hastigheten för upplösningsreaktionen. För att påskynda upplösningsprocessen i slutsteget värms reaktionsvolymen upp av ånga som tillförs reaktorernas ångmantel.

Massan som erhålls som ett resultat av upplösning, innehållande partiklar av en olöslig återstod, matas till filtrering, där lösningen separeras från den olösliga återstoden. Den filtrerade lösningen matas till indunstning och kristallisation.

Klorkristaller skickas för reduktion, vilket görs med hjälp av väte. Vätekloriden som bildas under reduktionen tillförs regenereringen av saltsyra.

Huvudfördelarna med den hydrometallurgiska metoden inkluderar den höga renheten hos pulvret och den nästan fullständiga regenereringen av väte och saltsyra som bildas i stadierna av upplösning av metallhaltiga råmaterial och reduktion av klorider. Dessutom har den olösliga fällningen sitt eget värde, eftersom den efter överföring av den resulterande metallen till lösning berikas med andra värdefulla komponenter.

För fallet med användning av legerade metallhaltiga råmaterial kan sammansättningen av det resulterande pulvret kontrolleras genom selektiv reduktion av komplexa klorider.

Användningen av en stark ström som appliceras på en metallstav i vakuum. Den används för produktion av pulveraluminium.

Under industriella förhållanden erhålls speciella pulver också genom utfällning, uppkolning, termisk dissociation av flyktiga föreningar (karbonylmetoden) och andra metoder.

Tillverkning av pulverprodukter

En typisk teknisk process för tillverkning av delar genom pulvermetallurgi består av följande huvudoperationer: blandning, formning, sintring och limning.

Förbereda blandningen

Blandning är beredningen med hjälp av blandare av en homogen mekanisk blandning av metallpulver av olika kemiska och partikelstorleksfördelningar eller en blandning av metallpulver med icke-metalliska. Blandning är en förberedande operation. Vissa tillverkare av metallpulver för pressning tillhandahåller färdiga blandningar.

Pulverformning

Produkterna formas genom kallpressning under högt tryck (30-1000 MPa) i metallformar. Styva slutna formar används vanligtvis, pressverktyget är orienterat, som regel, vertikalt. En blandning av pulver hälls fritt i matrisens hålighet, den volymetriska dosen regleras av den nedre stansens slag. Pressningen kan vara enkel- eller dubbelsidig. Presspulver briketteras i formens hålrum mellan den övre och nedre stansen (eller flera stansar om det gäller en produkt med övergångar). Den bildade briketten skjuts ut ur matrisens hålighet av den nedre stansen. För formning används specialiserad pressutrustning med mekanisk, hydraulisk eller pneumatisk drivning. Den resulterande presskroppen har storleken och formen av den färdiga produkten, såväl som tillräcklig styrka för hantering och transport till sintringsugnen.

Flik. 1 Exempel på specialiserade hydraulpressar för pulvermetallurgi och deras egenskaper

sintring

Sintring av produkter från homogena metallpulver utförs vid en temperatur under metallens smältpunkt. Med en ökning av temperaturen och en ökning av sintringens varaktighet ökar krympningen och densiteten, och kontakterna mellan kornen förbättras. För att undvika oxidation utförs sintring i en reducerande atmosfär (väte, kolmonoxid), i en atmosfär av neutrala gaser (kväve, argon) eller i vakuum. Pressningen förvandlas till en monolitisk produkt, den tekniska bindningen brinner ut (i början av sintringen).

Kalibrering

Kalibrering av produkter är nödvändig för att uppnå önskad dimensionsnoggrannhet, förbättra ytkvaliteten och öka styrkan.

Ytterligare operationer

Ibland används ytterligare operationer: impregnering med smörjmedel, mekanisk förfining, värme, kemisk behandling etc.

Titanpulvermetallurgi

Huvuddelen av producerat titan och legeringar baserade på det utsätts för vakuumomsmältning. I detta fall raffineras metallen dessutom från flyktiga föroreningar och väte. Emellertid har vakuumsintring av ämnen pressade av titanpulver också en betydande raffinerande effekt. Därför, för ett antal produkter och produkter, särskilt när man använder rent titanpulver, är det fördelaktigt, och ibland nödvändigt, att använda pulvermetallurgiska metoder.

Pulveriserat titan och dess legeringar används direkt: i pyroteknik, som ett inert fyllmedel för vissa plastprodukter och för beläggning av behållare i vin- och livsmedelsindustrin, för getters, vissa katalysatorer, etc.

Endast metoderna för pulvermetallurgi kan producera alla typer av porösa produkter, korrosionsbeständiga filter för. olika lösningar, oljeprodukter, aggressiva gaser m.m.

Ett antal strukturella produkter, särskilt komplexa konfigurationer, eller små delar tillverkade i stora partier, är mer lönsamma att tillverka genom att pressa från titanpulver eller dess legeringar till former som ligger nära de färdiga produkterna, följt av sintring eller varmpressning av pulver, varmpressning smide av sintrade ämnen i formar och andra metoder som används inom pulvermetallurgin av andra metaller. Samtidigt uppnås stora besparingar på grund av minskningen av förluster och slöseri med metall för svarvning av göt och för spån och stansning vid tillverkning av produkter genom skärning eller stansning från plåt, stånggjutna och valsade ämnen.

Tillverkning av arbetsstycken genom sintring av pulver för ytterligare tryckbehandling är i vissa fall billigare än vakuumsmältning, särskilt vid tillverkning av legeringar som måste smältas om två gånger för jämn fördelning av legeringstillsatser.

Pulvermetallurgiska metoder kan ge en mer enhetlig fördelning av legeringsämnen genom att blanda dem i form av pulver med det ursprungliga titanpulvret. Det är möjligt att erhålla initiala pulver omedelbart i form av legeringar, till exempel genom att tillsätta legeringsmetaller till ett lösligt anodmaterial eller deras föreningar till en elektrolyt när titanpulver erhålls genom elektrolys.

TsNIIChermet har utvecklat en metod för att introducera legeringselement genom att kombinera en blandning av titandioxid med oxider av legeringselement med kalciumhydrid.

Pulvermetallurgiska metoder gör det möjligt att producera homogena legeringar med en halt av legeringsämnen som inte kan säkerställas genom smältning på grund av separation av faser som skiljer sig i densitet.

Vid tillverkning av stång- och trådsvetselektroder från titanlegeringar uppnås en betydande teknisk och ekonomisk effekt genom att använda metoden för extrudering av sintrade ämnen från en blandning av titanpulver med nödvändiga legeringstillsatser, inklusive sådana som eldfasta karbider, likformig fördelning som är svår eller omöjlig att uppnå genom smältning.

Ett antal syrefria titanföreningar framställs med pulvermetallurgiska metoder: titanhydrid, karbid, nitrid, karbonitrid, titanborid, som används vid tillverkning av hårda legeringar, för tillverkning av vissa produkter inom högtemperaturteknik, som en del av hårdbeläggning slitstarka material etc.

Inom titanpulvermetallurgi används pulver som erhålls genom att mala en titansvamp, reducera titandioxid med kalciumhydrid, samt hydrera titanavfall och dess legeringar och elektrolytisk raffinering. För att mala stora och medelstora bitar av en trögflytande titansvamp, är det lämpligt att förhydrera den för att göra den skör. Pulver från hydrerade svampbitar innehåller mindre föroreningar än de finaste svampfraktionerna.

Vid malning, hydrering, dehydrering, blandning av titanpulver med legeringstillsatser och under lagring av pulver måste de skyddas från oxidation och absorption av kväve så att halten av syre och kväve i metallen inte överskrider de tillåtna gränserna . I synnerhet bör pulver mindre än 0,05 mm inte malas.

Det är möjligt att pressa titanhydridpulver direkt, som är mer motståndskraftigt mot oxidation, eller en blandning av hydrid och dehydrerat pulver. Sprött hydridpulver är svårare att pressa, och briketter från det har lägre hållfasthet, men det sintrar snabbare på grund av bildandet av aktiva metallkristaller med en hög koncentration av defekter i dem som ett resultat av nedbrytningen av titanhydrid under sintring i vakuum . Aktiverad sintring sker även under sintring av en blandning av titan- och titanhydridpulver.

Små arbetsstycken av titanpulver eller dess hydrid pressas i stålförformar under tryck från 3,5 till 8 T/cm2.

Stora ämnen som väger 50-100 kg eller mer pressas genom hydrostatisk pressning.

Sintring utförs i ett vakuum på 10-4 mm Hg. Konst. vid 1200--1400 ° C. Omvandlingen av den hexagonala modifieringen av titan (a-titan) till kubisk b-titan vid 880 ° C gynnar en ökning av atomernas rörlighet, vilket gör det möjligt att uppnå betydande krympning under sintring kl. de angivna relativt låga temperaturerna. Under sintring bör temperaturen långsamt höjas i intervallet 500--800 °C, när det mesta av vätet frigörs.

Den slutliga porositeten för produkter sintrade från titanhydrid är cirka 2 % med en linjär krympning på 12-14 %. Sålunda, vid en densitet på 3,2–3,8 g/cm3 av produkter sprutade från hydrid, efter sintring i 8 timmar vid 1300°C, ökar densiteten till 4,45 g/cm3. På grund av den stora krympningen under sintringen är det omöjligt att erhålla produkter med exakt specificerade dimensioner från hydridpulver.

När man arbetar med ett grövre kornigt titanpulver som erhålls genom att krossa en svamp, efter sintring i 15 timmar vid 1000 ° C och 4 timmar vid 1200 ° C, observeras en linjär krympning på endast 4-5 %. För att få en tät metall krävs mellansmidning (komprimering) av arbetsstycket och omsintring.

I Sovjetunionen och utomlands genomförs studier för att öka värmebeständigheten hos titan och dess legeringar genom att introducera dispergerade eldfasta fasta inneslutningar med pulvermetallurgiska metoder. Arbete utvecklas med bearbetning av pulver av titan och dess legeringar genom tryck (med eller utan skal), inklusive varmbearbetning genom tryck i vakuum, vilket nyligen har blivit viktigt vid bearbetning av ett antal eldfasta metaller. Detta inkluderar processerna för valsning (porösa och icke-porösa) plåtar och remsor, extrudering, smide.

Av intresse är möjligheten att för framställning av ämnen och formade produkter från pulver av titan och dess legeringar använda sådana nya effektiva metoder som bemästras i pulvermetallurgin av andra metaller som isostatisk hetgaspressning (se kapitel II, § 5), pulspressning , varmavfallsfria smidesformade produkter i frimärken m.m.

Utvecklingen av nya metoder för tillverkning och bearbetning av ämnen och produkter från titan och dess legeringar skapar förutsättningar för en intensiv expansion av produktionsskalan och produktsortimentet inom pulvermetallurgin av titan och dess legeringar.

Utvecklingen av titanpulvermetallurgin baseras på det nuvarande produktionsläget, främst på bearbetning av avfall. Vid produktion av titan och dess legeringar och produkter från dem i aggregatet genereras mer än 70 % av produktionen av den ursprungliga titansvampen. Cirka 50 % av allt genererat titanavfall och dess legeringar är undermåliga; de kan inte laddas in i smältan på grund av det höga innehållet av syre, kväve och andra föroreningar i dem, samt på grund av det okontrollerade innehållet av legeringsämnen (aluminium, mangan, vanadin, tenn, etc.) i slumpmässiga blandningar av avfall från olika legeringar. Det är fördelaktigt att bearbeta sådant avfall eller i alla fall en betydande del av det till pulver med någon av metoderna som beskrivits ovan (hydrering följt av hydrometallurgi, elektrolytisk raffinering).

När konsumtionen av titanpulver ökar och de olika tekniska kraven för dem för olika applikationer ökar, liksom kraven på att minska deras kostnader, kan det bli nödvändigt att behärska andra metoder för deras produktion. Så bland metoderna för primär produktion av titanpulver direkt från dess huvudsakliga halvfabrikat - titantetraklorid, förtjänar den natriumtermiska reduktionsmetoden uppmärksamhet, som i sin enstegsimplementering ger ett ganska finkornigt rent pulver. För legering av natrium-termiskt pulver, såväl som magnesium-termisk svamp och pulver därav, är det av intresse att tillsätta några klorider av legeringselement (molybden, aluminium, vanadin, etc.) till titanklorid innan dess reduktion.

I jakten på nya sätt att framställa billiga pulver av titan och dess legeringar är möjligheten att använda billiga och elektriskt ledande anodmaterial i form av karbonitrider och oxikarbider av intresse. De erhålls genom kol-termisk öppning av titanmalmkoncentrat, därefter framställs titanpulver från dem genom elektrolytisk raffinering.

I fallet med genomförandet av processen för partiell separation av titansvamp, reducerad med magnesium från tetraklorid, följt av hydrering, malning och urlakning av föroreningar, kan en del av den krossade och tvättade hydriden användas för att producera titanpulver genom dehydrering.

För vissa tillämpningar, till exempel för produktion av filter med hög permeabilitet, är det av intresse att använda pulver av titan och dess legeringar med en sfärisk partikelform. Sådana pulver erhålls genom sprutning från en smälta med en inert gas, sprutning av en roterande titanelektrod smält i en elektrisk ljusbåge, eller plasmavärmning i en inertgasstråle.

I framtiden kommer billiga titanpulver att kunna produceras i mängder som vida överstiger efterfrågan på dem inom pulvermetallurgin. Titanpulver kan också skickas till vakuumomsmältning för tillverkning av gjutna titanlegeringar.

Sålunda bör metoderna för smältning och pulvermetallurgi vid tillverkning av titan utvecklas parallellt och komplettera varandra.

Pulvermetallurgi Pulvermetallurgi är ett tekniskt område som täcker en uppsättning metoder för att tillverka metallpulver och metallliknande föreningar, halvfabrikat och produkter från dessa eller deras blandningar med icke-metalliska pulver utan att smälta huvudkomponenten. Av de olika metoderna för metallbearbetning som är tillgängliga intar pulvermetallurgi en speciell plats, eftersom den gör det möjligt att inte bara få produkter av olika former och syften, utan också att skapa fundamentalt nya material som antingen är mycket svåra eller omöjliga att få tag på i någon annat sätt. Det är möjligt att få unika egenskaper från sådana material, och i ett antal fall ökar de ekonomiska indikatorerna för produktion avsevärt. Med denna metod är materialutnyttjandet i nästan de flesta fall cirka 100 %. Pulvermetallurgi hittar den bredaste tillämpningen för olika driftsförhållanden för produktdelar. Pulvermetallurgiska metoder används för att producera produkter som har speciella egenskaper: antifriktionsdelar av friktionsenheten hos enheter och maskiner (bussningar, foder, stödbrickor, etc.), strukturella delar (växlar, kammar etc.), friktionsdelar (skivor, kuddar, etc. .), verktygsmaterial (fräsar, skärplattor, borrar, etc.), elektriska delar (kontakter, magneter, ferriter, elektriska borstar, etc.) för elektronik- och radioteknikindustrin, komposit (värme) -resistenta, etc.) material. Metallpulver användes också i antiken. Pulver av koppar, silver och guld användes i färger för dekorativa ändamål i keramik och målning vid alla kända tidpunkter. Under utgrävningar hittades järnverktyg från de forntida egyptierna (3000 år f.Kr.), det berömda järnmonumentet i Delhi går tillbaka till 300 e.Kr. Fram till 1800-talet fanns det inga kända metoder för att få höga temperaturer (ca 1600-1800 C). Dessa järnföremål tillverkades med hjälp av blomningsmetoden: först, i ugnarna vid en temperatur av 1000 C, gav reduktionen av järnmalm med kol en blomning (svamp), som sedan upprepade gånger smiddes i ett upphettat tillstånd, och processen var avslutas genom uppvärmning i en ugn för att minska porositeten. I Kievan Rus erhölls järn 1400 år före den nya eran. Med tillkomsten av masugnsproduktion övergavs kritsa och pulvermetallurgin glömdes bort. Förtjänsten av återupplivandet av pulvermetallurgin och dess omvandling till en speciell teknisk metod för bearbetning tillhör de ryska forskarna P.G. Sobolevsky och V.V. Lyubarsky, som 1826, tre år före engelsmannen Wollstans arbete, utvecklade en teknik för pressning och sintring av platinapulver. En typisk teknologi för framställning av arbetsstycken genom metoden för pulvermetallurgi inkluderar fyra huvudoperationer: 1) erhållande av ett pulver av utgångsmaterialet; 2) ämnesformning; 3) sintring och 4) efterbehandling. var och en av dessa operationer har en betydande inverkan på bildandet av egenskaperna hos den färdiga produkten. Tillverkning av metallpulver och deras egenskaper. För närvarande används ett stort antal metoder för tillverkning av metallpulver, vilket gör det möjligt att variera deras egenskaper, bestämma kvaliteten och ekonomiska indikatorer. Konventionellt särskiljs två metoder för tillverkning av metallpulver: 1) fysiska och mekaniska; 2) kemisk-metallurgisk I den fysikalisk-mekaniska metoden för att tillverka pulver sker omvandlingen av källmaterialet till pulver genom mekanisk malning i fast eller flytande tillstånd utan att den kemiska sammansättningen av källmaterialet ändras. Fysikalisk-mekaniska metoder inkluderar krossning och malning, sprutning, granulering och skärning av det krossade materialet. Med den kemisk-metallurgiska metoden förändras den kemiska sammansättningen av källmaterialets aggregerade tillstånd. Huvudmetoderna vid kemisk-metallurgisk produktion av pulver är: reduktion av oxider, elektrolys av metaller, termisk dissociation av karbonylföreningar. Mekaniska metoder för att erhålla pulver. Slipning av fasta material - minskning av den ursprungliga partikelstorleken genom att förstöra dem under inverkan av yttre krafter. Slipning kännetecknas av krossning, slipning eller nötning. Det är mest tillrådligt att använda mekanisk slipning av spröda metaller och deras legeringar som kisel, antimon , krom, mangan, ferrolegeringar, aluminiumlegeringar magnesium. Slipning av viskösa plastmetaller (koppar, aluminium etc.) är svårt. När det gäller sådana metaller är det mest ändamålsenligt att som råvara använda det avfall som uppstår vid bearbetning av metaller (spån, putsning etc.). Vid slipning kombineras olika typer av påverkan på materialet - statisk - kompression och dynamisk - slag, skjuvning - nötning, de två första typerna uppstår när stora partiklar erhålls, den andra och tredje - vid finslipning. Vid krossning av fasta ämnen utför den förbrukade energin arbetet med elastisk och plastisk deformation och förstörelse, och värmer upp materialen som är involverade i krossningsprocessen. För grovslipning används käft-, rull- och konkrossar och löpare; i detta fall erhålls partiklar med en storlek av 1---10 mm, som är utgångsmaterialet för finmalning, vilket säkerställer produktionen av de erforderliga metallpulverna. Utgångsmaterialet för finmalning kan också vara spån som erhålls under svarvning, borrning, fräsning och andra skäroperationer; under skärning erhålls spån på 3-5 mm i storlek för nästan vilken metall som helst genom att ändra skärlägen, skärvinklar och införa oscillerande rörelser. Den slutliga slipningen av det erhållna materialet utförs i kulroterande, vibrations- eller planetcentrifugal, virvel och hammarkvarnar. En kulkvarn (Fig. 1) är den enklaste apparaten som används för att erhålla relativt fina pulver med partikelstorlekar från flera enheter till tiotals mikrometer. Fig. 1. Schema för rörelse av kulor i en kvarn: a-sliding mode, b-rolling mode, c-free-sliding mode, d-kritisk hastighet mode. Fig. 2. Schema för en vibrerande kvarn: 1-kroppstrumma, 2-rotations vibrator, 3-spiralfjädrar, 4-elektrisk motor, 5-elastisk koppling. Slipkroppar (stål eller hårdmetallkulor) och materialet som ska malas laddas i kvarnen. När trumman roterar stiger kulorna på grund av friktion till en viss höjd, och därför är flera sätt att slipa på: 1) glidning, 2) rullning, 3) fritt fall, 4) rörelse av kulorna vid en kritisk trumrotationshastighet . I fallet med glidande kulor på den roterande trummans inre yta, nöts materialet mellan trummans vägg och den yttre ytan av kulmassan och beter sig som en helhet. Med en ökning av rotationshastigheten stiger kulorna och rullar nedför den lutande ytan, och slipning sker mellan gnidningskulornas ytor. Arbetsytan av nötning i detta fall är många gånger större och därför uppstår mer intensiv nötning av materialet än i det första fallet. Vid en högre rotationsfrekvens stiger kulorna till största höjd och ger, när de faller ner (fig. 1, a), en krosseffekt, kompletterad med nötning av materialet mellan de rullande kulorna. Detta är den mest intensiva slipningen. Med en ytterligare ökning av rotationshastigheten roterar kulorna tillsammans med kvarntrumman och malningen upphör praktiskt taget. Slipningsintensiteten bestäms av materialets egenskaper, förhållandet mellan arbetsdimensioner - trummans diameter och längd, förhållandet mellan slipkropparnas massa och dimensioner och materialet som mals. Vid D:L=3...5 (D är diametern, L är trummans längd) råder krosseffekten, vid D:L 1000 C Fig.4 Klassificering av befintliga metoder för reduktion av järnoxider. Koppar-, nickel- och koboltpulver erhålls lätt genom att reducera oxiderna av dessa metaller, eftersom de har låg affinitet för syre. Råvarorna för framställning av pulver av dessa metaller är antingen kopparoxid Cu2O, CuO, nickeloxid NiO, koboltoxid Co2O3, Co3O4, eller beläggningar från valsad tråd, plåt etc. Reduktionen utförs i muffel- eller rörugnar med väte, dissocierad ammoniak eller omvandlad naturgas. Reduktionstemperaturen är relativt låg: koppar - 400...500~C, nickel - 700"...750 C, kobolt - 520..570 C. Reduktionsprocessens varaktighet är 1...3 timmar med en oxidskikttjocklek 20.. 25 mm. Efter reduktion erhålls en svamp som lätt tritureras till pulver Volframpulver erhålls från volframanhydrid som är en nedbrytningsprodukt av volframsyra H2WO4 (kalcinering vid 700 ... 800 C) eller ammoniumparavolframat 5 (Na4) 2O * 12WO3 * 11H2O (sönderdelning vid 300 C eller mer). Återvinningen utförs antingen med väte vid en temperatur av 850..900 C, eller med kol vid en temperatur av 1350..1550 C i elektriska ugnar. Denna metod (reduktion) producerar pulver av molybden, titan, zirkonium, tantal, niob, legerade stål och legeringar Elektrolys Denna metod är den mest ekonomiska vid framställning av kemiskt rena kopparpulver. Den fysiska essensen av elektrolys (fig. 5) är att när en elektrisk ström passerar, en vattenlösning eller smält metallsalt, som fungerar som en elektrolyt, sönderdelas, metallen avsätts på katoden, där dess joner urladdas Me + ne = Me Processen för elektrokemisk omvandling sker vid gränselektroden (anod eller katod) - lösning. Som regel är jonkällan för den frigjorda metallen en anod som består av denna metall och en elektrolyt som innehåller dess lösliga förening. Metaller som nickel, kobolt, zink isoleras från alla lösliga metaller i form av homogena täta granulära fällningar. Silver och kadmium fälls ut från enkla lösningar i form av grenade kristalliter och från lösningar av cyanidsalter - i form av täta fällningar. Partikelstorleken hos det avsatta pulvret beror på strömdensiteten, närvaron av kolloider och ytaktiva ämnen. Elektrolytens renhet, elektrodens material och dess bearbetning har ett mycket stort inflytande på avlagringarnas karaktär. Produktiviteten för elektrolys uppskattas på basis av Faradays lag av den elektrokemiska ekvivalenten q=cJT där q är mängden pulver som frigörs på elektroden, G. , J - strömstyrka, A., T - tid, H., C - elektrokemisk ekvivalent Mängden pulver som frigörs på elektroden är alltid mindre än den teoretiska på grund av förekomsten av exakta processer. Karbonylprocess Karbonyler är föreningar av metaller med kolmonoxid Me(CO)C, som har en låg bildnings- och nedbrytningstemperatur. Processen att erhålla pulver med denna metod består av två huvudsteg: produktionen av karbonyl från den ursprungliga föreningen MeaXb + cCO = bX + Mea (CO) c, bildningen av metallpulver Mea (CO) c = aMe + cCO Den huvudsakliga kravet på sådana föreningar är deras lätta flyktighet och låga bildningstemperaturer och termiska sönderdelning (kokning eller sublimering). I den första operationen - syntesen av karbonyl - uppnås separationen av karbonyl från onödig substans X på grund av karbonylens flyktighet. I det andra steget sker dissociationen (sönderdelningen) av karbonylen genom att värma den. I detta fall kan den resulterande CO-gasen användas för att bilda nya delar av karbonyler. För syntes av karbonyler används metallhaltiga råvaror: spån, skrot, metallsvamp, etc. Karbonylpulver innehåller föroreningar av kol, kväve, syre (1...3%). Rening av pulvret utförs genom upphettning i torrt väte eller i vakuum till en temperatur av 400 ... 600 C. Denna metod producerar pulver av järn, nickel, kobolt, krom, molybden, volfram. Pulveregenskaper. Egenskaperna hos metallpulver kännetecknas av kemiska, fysikaliska och tekniska egenskaper. Metallpulvrets kemiska egenskaper beror på den kemiska sammansättningen, vilket beror på metoden för att erhålla pulvret och den kemiska sammansättningen av råvarorna. Halten av basmetallen i pulvren är 98...99%. Vid tillverkning av produkter med speciella egenskaper, såsom magnetiska, används renare pulver. Den tillåtna mängden föroreningar i pulvret bestäms av deras tillåtna mängd i den färdiga produkten. Ett undantag görs för oxider av järn, koppar, nickel, volfram och några andra, som, när de värms upp i närvaro av reduktion, lätt bildar aktiva metallatomer som förbättrar sintringen av pulver. Halten av sådana oxider i pulvret kan vara 1...10%. Metallpulver innehåller en betydande mängd gaser (syre, väte, kväve, etc.), både adsorberade på ytan och fångade inuti partiklarna under tillverkningsprocessen eller under efterföljande bearbetning.Gasfilmer på pulverpartiklarnas yta bildas spontant p.g.a. till omättnaden av kraftfälten i ytskikten. Med en minskning av pulverpartiklar ökar adsorptionen av gaser av dessa partiklar. Under reduktionen av kemiska föreningar hinner inte en del av gaserna - reduktionsmedel och gasformiga reaktionsprodukter gå ut och är antingen i löst tillstånd eller i form av bubblor. Elektrolytiska pulver innehåller väte, som frigörs vid katoden samtidigt med avsättning av metall på den. Upplöst syre, kolmonoxid och koldioxid finns i karbonylpulver och gaser som mekaniskt fångas inuti partiklarna finns i finfördelade pulver. En stor mängd gaser ökar pulvrens sprödhet och försvårar pressningen. Intensiva utsläpp av gaser från det pressade ämnet under sintring kan leda till sprickbildning av produkter. Därför, före pressning eller i dess process, används dammsugning av pulvret, vilket säkerställer avlägsnandet av en betydande mängd gaser. När man arbetar med pulver beaktas deras toxicitet och pyroforicitet. Nästan alla pulver har en skadlig effekt på människokroppen, men i kompakt form (i form av små pulverpartiklar) är de flesta metaller ofarliga. Pyroforicitet, dvs. förmågan att självantända vid kontakt med luft kan leda till antändning av pulvret och till och med en explosion. Därför, när du arbetar med pulver, följs speciella säkerhetsåtgärder strikt. De fysikaliska egenskaperna hos partiklarna kännetecknar; form, storlek och granulometrisk sammansättning, specifik yta, densitet och mikrohårdhet. Partiklarnas form Beroende på tillverkningsmetoden för pulvret erhålls motsvarande partikelform: sfärisk - med karbonylmetoden vid sprutning, svampig - med reduktion, fragmentering - med malning i kulkvarnar, plattformad med virvelslipning , dendritisk - med elektrolys, droppformad - med sprayning. Denna form på partiklarna kan ändras något under den efterföljande bearbetningen av pulvret (malning, glödgning, granulering). Kontroll av partikelformen utförs i ett mikroskop. Formen på partiklarna påverkar avsevärt densiteten, styrkan och enhetligheten hos egenskaperna hos den pressade produkten. Partikelstorlek och partikelstorleksfördelning. En betydande del av pulvren är en blandning av pulverpartiklar som varierar i storlek från fraktioner av en mikrometer till tiondels millimeter. Det bredaste intervallet av partikelstorlekar för pulver som erhålls genom reduktion och elektrolys. Det kvantitativa förhållandet mellan volymerna av partiklar av olika storlekar och den totala volymen av pulvret kallas partikelstorleksfördelningen. Den specifika ytarean är summan av de yttre ytorna av alla partiklar som finns i en enhetsvolym eller massa av ett pulver. För metallpulver är den specifika ytan från 0,01 till 1 m2/g (för enskilda pulver - 4 m2/g för volfram, 20 m2/g för karbonylnickel). Pulvrets specifika yta beror på metoden för att erhålla det och påverkas avsevärt av pressning och sintring. Densitet. Den faktiska densiteten av pulverpartikeln, som kallas pyknometrisk, beror till stor del på förekomsten av föroreningar av slutna porer, kristallgitterdefekter och andra orsaker och skiljer sig från den teoretiska. Densiteten bestäms i en pyknometeranordning, som är en kon av en viss volym och fylls först med 2/3 pulver och efter vägning fylls de med en vätska som väter pulvret och är kemiskt inert mot det. Därefter vägs pulvret igen med vätskan. Och enligt resultaten av vägningen hittar de massan av pulvret i vätskan och volymen det upptar. Att dividera massan med volymen gör det möjligt att beräkna pulvrets pyknometriska densitet. Den största avvikelsen av densiteten av pulverpartiklar från den teoretiska densiteten observeras i reducerade pulver på grund av närvaron av kvarvarande oxider, mikroporer och kaviteter. En pulverpartikels mikrohårdhet kännetecknar dess förmåga att deformeras. Förmågan att deformera beror till stor del på innehållet av föroreningar i pulverpartikeln och defekter i kristallgittret. För att mäta mikrohårdheten pressas en diamantpyramid med en spetsvinkel på 136 in i den polerade ytan av partiklarna under en belastning av storleksordningen 0,5 ... 200 g. Mätningen utförs på apparater för mätning av mikrohårdhet PMT-2 och PMT-Z. Pulvrets tekniska egenskaper bestämmer: skrymdensitet, fluiditet, kompressibilitet och formbarhet. Bulkdensitet är massan av en volymenhet pulver när volymen är fritt fylld. Pulvrets flytande karaktär kännetecknar fyllnadshastigheten per volymenhet och bestäms av massan av pulvret som hälls ut genom ett hål med en given diameter per tidsenhet. Pulvrets flytande bestämmer verktygets fyllningshastighet och produktiviteten under pressningen. Pulvrets fluiditet minskar vanligtvis med en ökning av den specifika ytan och grovheten hos pulverpartiklarna och komplexiteten i deras form. Den senare omständigheten hindrar den relativa rörelsen av partiklar. Fuktighet minskar också avsevärt pulvrets flytbarhet. Kompressibilitet och formbarhet. Under pulvrets kompressibilitet förstås pulvrets egenskap att få en viss densitet under pressning, beroende på trycket och under formbarheten - pulvrets egenskap att bibehålla en given form som erhålls efter kompaktering vid ett minimalt tryck. Kompressibiliteten beror huvudsakligen på pulverpartiklarnas plasticitet och formbarheten beror på partiklarnas form och yttillstånd. Ju högre bulkdensiteten hos pulvret, desto sämre, i de flesta fall, formbarheten och desto bättre kompressibilitet. Kvantitativt bestäms kompressibiliteten av den pressade brikettens densitet, formbarheten utvärderas kvalitativt, av utseendet på den pressade briketten, eller kvantitativt - av tryckvärdet vid vilket en icke-smulande, hållbar brikett erhålls. Gjutning av metallpulver. Syftet med pulverformning är att ge pulverämnen den form, storlek, densitet och mekaniska styrka som krävs för efterföljande tillverkning av produkter. Gjutning omfattar följande operationer: glödgning, klassificering, blandningsberedning, dosering och formning. Glödgning av pulver används för att öka deras plasticitet och kompressibilitet genom att minska kvarvarande oxider och ta bort härdning. Uppvärmning utförs i en skyddande miljö (reducerande, inert eller vakuum) vid en temperatur av 0,4 ... 0,6 absolut smälttemperatur för pulvermetallen. Pulver erhållna genom mekanisk malning, elektrolys och sönderdelning av karbonyler glödgas oftast. Pulverklassificering är processen att separera pulver efter partikelstorlek. Pulver med olika partikelstorlekar används för att formulera en blandning som innehåller den erforderliga procentandelen av varje storlek. Klassificering av partiklar större än 40 mikron utförs i trådsilar. Om fri siktning är svårt, används gnidsilar. Mindre pulver klassificeras på luftavskiljare. Beredning av blandningar. I produktionen används blandningar av pulver av olika metaller för tillverkning av produkter. Blandning av pulver är en av de viktiga operationerna och dess uppgift är att säkerställa blandningens homogenitet, eftersom produkternas slutliga egenskaper beror på detta. Den mest använda mekaniska blandningen av komponenter i kulkvarnar och blandare. Viktförhållandet mellan laddning och kulor är 1:1. Blandning åtföljs av malning av komponenterna. Blandning utan malning utförs i trum-, skruv-, skovel-, centrifugal-, planet-, konblandare och kontinuerliga anläggningar. Enhetlig och snabb fördelning av pulverpartiklar i blandningens volym uppnås med ett nära absolutvärde av densiteten för de blandade komponenterna. Med en stor skillnad i det absoluta värdet av densiteterna sker separation av komponenterna. I detta fall, det är användbart att använda separat laddning av komponenterna i delar: först lättare med något tyngre, sedan resten av komponenterna. Blandningen sker alltid bättre i ett flytande medium, vilket inte alltid är ekonomiskt genomförbart på grund av den tekniska processens komplexitet. Vid beredning av en blandning av vissa höghållfasta metallpulver (volfram, metallkarbider) tillsätts mjukgörare till blandningen för att öka formbarheten - ämnen som väter partiklarnas yta. Mjukgörare måste uppfylla kraven: ha hög vätningsförmåga, brinna ut vid upphettning utan rester, lätt lösas i organiska lösningsmedel. Mjukningsmedelslösningen hälls vanligtvis i ett omrört pulver, sedan torkas blandningen för att avlägsna lösningsmedlet. Den torkade blandningen siktas genom en sil. Dosering är processen att separera vissa volymer av en pulverblandning. Det finns volumetrisk dosering och massdosering. Volumetrisk dosering används vid automatiserad formning av produkter. Dosering efter vikt är den mest exakta metoden, denna metod säkerställer samma densitet av formämnen. Följande metoder används för att forma produkter från pulver: pressning i en stålform, isostatisk pressning, valsningspulver, formpressning, slipformning, dynamisk pressning. Pressning i en stålform Vid pressning i en sluten volym (fig. 6) uppstår partikelvidhäftning och ett arbetsstycke med önskad form och storlek erhålls. En sådan förändring i volym uppstår som ett resultat av förskjutning och deformation av enskilda partiklar och är förknippad med fyllningen av hålrum mellan pulverpartiklar och fastnar - mekanisk vidhäftning av partiklar. I duktila material sker deformationen först vid gränskontaktområdena för ett litet område under inverkan av enorma spänningar, och sprider sig sedan djupt in i partiklarna. Fig.6 Schema för pressning i pressen 7 Kurva för en idealisk packningsprocess. form (1-matris, 2-stans, 3-nedre stans, 4-pulver) och schemat för tryckfördelning i höjd. I spröda material visar sig deformation i förstörelsen av partiklarnas utsprång. Kurvan för processen för kompaktering av pulverpartiklar (fig. 7) har tre karakteristiska sektioner. Densiteten ökar mest intensivt i sektion A med relativt fri rörelse av partiklar som upptar hålrum. Efter denna fyllning av hålrummen framträder en horisontell sektion B av kurvan, associerad med en ökning av trycket och en nästan oförändrad densitet. konstant volym pulver. När sträckgränsen uppnås under komprimeringen av pulverkroppen, börjar partikeldeformationen och det tredje steget av packningsprocessen (avsnitt C! ’). När pulverpartiklarna rör sig i formen uppstår trycket från muttern på väggarna. Detta tryck är mindre än trycket från sidan av stansen som komprimerar pulvret (fig. 6) på grund av friktion mellan partiklarna och formens sidovägg och mellan individuella partiklar. Värdet på trycket på sidoväggarna beror på friktionen mellan partiklarna, partiklarna och gjutformens vägg och är lika med 25...40% av stansens vertikala tryck. På grund av friktion på sidoväggarna längs produktens höjd är det vertikala tryckvärdet inte detsamma: det största vid stansen och det minsta i botten (fig. 6). Av denna anledning är det omöjligt att erhålla en enhetlig densitet längs höjden av det pressade ämnet. Densitetsojämnheter i höjden är märkbara i de fall där höjden är större än minsta tvärsnitt. När man pressar lika doser pulver som hälls i en cylindrisk form, åtskilda av tunna foliedistanser, erhålls separata lager av olika former och storlekar (fig. 8). Fig.8 Schema för densitetsfördelning över den vertikala sektionen av det komprimerade pulvret med ensidig applicering av tryck (uppifrån). I vertikal riktning är varje övre lager tunnare än det underliggande. Böjningen av skikten förklaras av den lägre hastigheten för pulverrörelse nära väggen på grund av friktion än i mitten. Den högsta densiteten erhålls på ett avstånd av cirka 0,2 ... 0,3 av den minsta tvärgående dimensionen av den pressade produkten, vilket är associerat med verkan av friktionskrafter mellan stansänden och pulvret. För att erhålla produkter av bättre kvalitet efter pressning, för att få en mer enhetlig densitet över olika sektioner, används smörjmedel (stearinsyra och dess tvål, oljesyra, polyvinylalkohol, paraffin, glycerin, etc.), som minskar inre friktion och friktion på verktyget väggar. Smörjning är vanligtvis) - i pulver, vilket säkerställer bästa prestanda. När produkten kastas ut från formen på grund av den elastiska ökningen av dess tvärgående dimensioner, överstiger produktens dimensioner något dimensionerna för matrisens tvärsnitt. Storleken på storleksförändringen beror på storleken på kornen och pulvermaterialet, formen och tillståndet på partiklarnas yta, innehållet av oxider, materialets mekaniska egenskaper, presstrycket, smörjmedlet, materialet av matrisen och stansen och andra parametrar. I presskraftens verkningsriktning är dimensionsförändringarna större än i tvärriktningen. Det presenterade diagrammet (fig. 6) visar ensidig pressning, som används för pressade produkter med förhållandet mellan höjden H och den minsta tvärsnittsdimensionen d: H / d = 2. ..3. Om detta förhållande är större än 3 men mindre än 5, används ett dubbelsidigt pressschema; med ett större förhållande mellan storlekar används en annan metod. Pressa komplexa produkter, d.v.s. produkter med olika dimensioner i pressriktningen, på grund av svårigheterna att säkerställa en enhetlig densitet av den pressade produkten i olika sektioner. Detta problem löses genom att använda flera stansar genom vilka olika krafter appliceras på pulvret (fig. 9). Ibland, vid tillverkning av produkter med komplex form, förpressas arbetsstycket, och sedan får det sin slutliga form under upprepad kompression - pressning och sintring. Fig.9 Schemat för att pressa en komplex produkt i en form: 1- stans, 2- stans, 3-matris, 4- nedre stans. Vid pressning, förutom stålformar - det huvudsakliga produktionsverktyget, används hydrauliska universella eller mekaniska pressar. För pressning av komplexa produkter används speciella flerkolvpressinstallationer. Presstrycket beror huvudsakligen på den erforderliga densiteten hos produkterna, typen av pulver och metoden för dess tillverkning. Presstrycket beror huvudsakligen på den erforderliga densiteten hos produkterna, typen av pulver och metoden för dess tillverkning. Presstrycket kan i detta fall vara (3...5) Gt av pulvermaterialets sträckgräns. Isostatisk pressning är pressning i ett elastiskt skal under inverkan av all-round kompression. Om tryckkraften skapas av en vätska kallas pressningen hydrostatisk. Under hydrostatisk pressning hälls pulvret i en gummimantel och placeras sedan, efter evakuering och försegling, i ett kärl där trycket höjs till önskat värde. På grund av den praktiska frånvaron av friktion mellan skalet och pulvret erhålls den pressade produkten med en enhetlig densitet över alla sektioner, och presstrycket är i detta fall mindre än när det pressas i stålformar. Före pressning vibrokomprimeras pulvret. Betala hydrostatisk pressning? cylindrar, rör, kulor, deglar och andra produkter av komplex form. Denna metod utförs i speciella installationer för hydrostatisk pressning. Nackdelen med hydrostatisk pressning är omöjligheten att få pressade delar med specificerade dimensioner och behovet av mekanisk bearbetning vid tillverkning av produkter med exakt form och storlek, såväl som processens låga produktivitet. Pulvervalsning består i att fånga upp och mata in i gapet under inverkan av friktionskrafter från roterande pulvervalsar och komprimera pulvret (Fig. tio). Samtidigt erhålls en enhetligt komprimerad produkt av en sjuk längd med styrka tillräcklig för transport till nästa operation - Fig. 10 Rullningsschema: a - kompakt metall, bd - pulver, c - vertikal, d - horisontell med gravitationspulvertillförsel, e - horisontell med forcerad pulvertillförsel; 1-rullar, 2-bunker, 3-puder, H-bredd, h-tjocklek på bandet. sintring. Valsning utförs i vertikala och horisontella plan, periodiskt och kontinuerligt. Arbetsstyckets tjocklek och densitet beror på pulvrets kemiska och granulometriska sammansättning, partiklarnas form, magasinets design, mutterns tryck på rullarna, tillståndet på rullarnas yta och deras hastighet rotation och andra faktorer. Munstyckespressning är formning av ämnen från en blandning av pulver med en mjukgörare genom att tvinga den genom ett hål i matrisen. Paraffin, stärkelse, polyvinylalkohol, bakelit används som mjukgörare. Denna metod producerar rör, stavar, vinklar och andra produkter av stor längd. Schemat för processen visas i fig. 11. Fig. 11 Schema för formpressning. Vid pressning av rör i en hållare 1 med ett munstycke 2 med variabelt tvärsnitt, installeras en nålstav 3, fixerad i en asterisk 4. Ovanför hållaren finns en matris och ansluten till hållaren med en mutter 5. Den mjukgjorda blandningen är extruderad från matrisen med en stans 7. Tillåten kompression k =(F-f)/f*100% bör vara över 90%; här är F och f tvärsnittsareorna för matrisen och produkten. Typiskt utförs munstyckespressning genom att värma produktens material, och i detta fall används vanligtvis inte ett mjukgörare; pulver av aluminium och dess legeringar pressas vid 400 ... GOC * C, koppar - 800 ... 900 * C, nickel - 1000 ... 1200 C, stål - 1050 ... 1250 * C. För att förhindra oxidation under varmbearbetning används skyddsmedia (inerta gaser, vakuum) eller pressning i skyddande skal (glas, grafit, metall - koppar, mässing, koppar-järnfolie). Efter pressning avlägsnas skalen mekaniskt eller genom etsning i lösningar som är inerta mot den pressade metallen. Slipformning är processen att hälla slip i en porös form följt av torkning. Uppslamningen i detta fall är en homogen koncentrerad suspension av metallpulver i en vätska. Uppslamningen framställs av pulver med en partikelstorlek på I ... 2 mikron (mindre ofta upp till 5 ... 10 mikron) och vätskor - vatten, alkohol, tetraklorid. Pulvrets suspension är homogen och stabil under lång tid. Formen för likörgjutning är gjord av gips, rostfritt stål, sintrat glaspulver. Bildandet av produkten efter att ha hällt formen med en suspension av pulver består i riktad avsättning av fasta partiklar på formens väggar under inverkan av suspension flöden (pulver i vätska) riktade mot dem. Dessa flöden är resultatet av blötläggning av vätska i porerna i gipsformen under inverkan av vakuum eller centrifugalkrafter som skapar ett tryck på flera megapascal. Tiden för att bygga upp skalet bestäms av dess tjocklek och är 1 ... 60 minuter. Efter att ha tagit bort produkten från formen, torkas den vid 110 ... 150 * C i luft, i torkskåp. Produktens densitet når 60%, anslutningen av partiklar beror på mekaniskt ingrepp. Denna metod används för att producera rör, kärl och produkter av den givna formen. Dynamisk pressning är en pressprocess som använder impulsbelastningar. Processen har ett antal fördelar: verktygskostnaderna minskar, elastisk deformation minskas och produkternas densitet ökar. Ett utmärkande drag för processen är hastigheten för applicering av lasten. Energikällan är: explosionen av en explosiv laddning, energin från en elektrisk urladdning i en vätska, ett pulserande magnetfält, en komprimerad gas, vibration. Beroende på energikälla kallas pressning explosiv, elektrohydraulisk, elektromagnetisk, pneumomekanisk och vibrationell. En betydande frigöring av värme i partiklarnas kontaktområden har etablerats, vilket underlättar processen för deras deformation och ger större packning än med statisk (konventionell) pressning. Komprimering av pulvret under påverkan av vibrationer sker under de första 3-30 s. Den mest effektiva användningen av vibrationer vid pressning av pulver av icke-plastiska och spröda material. Med användning av vibrokomprimering är det möjligt att erhålla produkter med samma densitet med ett förhållande mellan höjd och diameter på 4 ... 5: 1 eller mer. Sintring. Sintring är processen för utveckling av interpartikelvidhäftning och bildandet av produktegenskaper som erhålls genom att värma det bildade pulvret. Densitet, styrka och andra fysiska och mekaniska egenskaper hos sintrade produkter beror på tillverkningsförhållandena: tryck, pressning, temperatur, tid och atmosfär för sintring och andra faktorer. Beroende på laddningens sammansättning särskiljs fastfassintring (d.v.s. sintring utan bildning av en flytande fas) och vätskefassintring, där de lågsmältande komponenterna i pulverblandningen smälts. Solid state sintring. Under fastfassintring sker följande huvudprocesser: yt- och volymdiffusion av atomer, krympning, omkristallisation och överföring av atomer genom ett gasformigt medium. Alla metaller har en kristallin struktur och gör redan vid rumstemperatur betydande oscillerande rörelser i förhållande till jämviktspositionen. Med en ökning av temperaturen ökar atomernas energi och amplitud, och vid ett visst värde kan en atom flytta till en ny position, där dess energi och amplitud ökar igen och en ny övergång till en annan position är möjlig. En sådan rörelse av atomer kallas diffusion och kan ske både över ytan (ytdiffusion) och i kroppens volym (volymdiffusion). Atomernas rörelse bestäms av det utrymme de upptar. De minst rörliga atomerna är placerade inuti pulverpartiklarnas kontaktområden, de mest rörliga är atomerna placerade fritt - på partiklarnas utsprång och toppar. Som ett resultat, d.v.s. den större rörligheten för atomerna i de fria områdena och den lägre rörligheten för atomerna i kontaktområdena, på grund av övergången av ett betydande antal atomer till kontaktområdena. Därför sker en expansion av kontaktytorna och avrundning av hålrummen mellan partiklarna utan att volymen ändras under ytdiffusion. En minskning av den totala porvolymen är endast möjlig med volumetrisk diffusion. I detta fall uppstår en förändring i produktens geometriska dimensioner - krympning. Krympning vid sintring kan visa sig i förändringar i dimensioner och volym och därför skiljer man på linjär och volymetrisk krympning. Typiskt är krympningen i pressriktningen större än i tvärriktningen. Drivkraften bakom krympningsprocessen under sintring är systemets önskan att minska tillförseln av ytenergi, vilket endast är möjligt med en minskning av den totala ytan. Men av denna anledning komprimeras pulver med ytutveckling under sintring med högsta hastighet, eftersom de har en stor tillgång på ytenergi. Under sintring observeras ibland en kränkning av krympningsprocessen. Denna överträdelse uttrycks i en otillräcklig grad av krympning eller i en ökning av volymen. Orsakerna till detta är: avlägsnande av elastiska kvarvarande spänningar efter pressning, närvaron av icke-reducerande oxider, fasomvandlingar och frigöring av gaser som adsorberas och bildas under kemiska reduktionsreaktioner av oxidgaser. En ökning av volymen av sintrade kroppar observeras med bildandet av sluten porositet och en porvolym på mer än 7% (när expansionen av gaser i slutna porer orsakar en ökning av volymen). Filmer av icke-reducerande oxider hämmar diffusionsprocesser och förhindrar krympning. På fig. 12 visar en kurva för krympning med tiden vid en given temperatur. Fig.12 Krympning av komprimerat järnpulver vid 890 C vid olika tryck: 1-400 mN/m2, 2-600 mN/m2, 3-800 mN/m2, 4000 mN/m2. Omkristallisering under sintring leder till korntillväxt och en minskning av den totala ytan av partiklar, vilket är energetiskt gynnsamt. Men korntillväxten begränsas av den fördröjande effekten av främmande inneslutningar på kornytor: porer, filmer, föroreningar. Det finns intragranulär och interpartikelomkristallisering. Överföring av atomer genom ett gasformigt medium. Detta fenomen observeras när ett ämne avdunstar och kondenserar på ytan av andra partiklar, vilket inträffar vid en viss temperatur. En sådan överföring uppstår på grund av ämnets olika ångtryck ovanför dessa ytor, på grund av deras olika krökning för flera kontaktande partiklar. Överföringen av ett ämne ökar mempartikelbindningarna och partiklarnas vidhäftningsstyrka, främjar en förändring i formen på porerna, men ändrar inte densiteten under sintring. Inverkan av vissa tekniska parametrar på egenskaperna hos sintrade kroppar. Egenskaperna hos de initiala pulvren - storleken på partiklarna, deras form, yttillstånd, typen av oxider och graden av perfektion av den kristallina strukturen - bestämmer hastigheten för förändring i densitet och egenskaperna hos de pressade produkterna. Med samma densitet av sintrade produkter är de mekaniska och elektriska egenskaperna desto högre, ju mindre pulverpartiklarna var, ytgrovheten hos partiklarna och defekter i den kristallina strukturen bidrar till ökad diffusion, en ökning av densiteten och styrkan hos produkt. Strukturen hos produkten sintrad från strömmalda pulver kännetecknas av närvaron av ett stort antal stora korn som bildas som ett resultat av omkristallisation under sintring. En ökning av presstrycket leder till en minskning av krympningen (volumetrisk och linjär), en ökning av alla hållfasthetsindikatorer - drag- och kompressionsmotstånd, hårdhet. Med ökande temperatur ökar densiteten och styrkan hos sintrade kroppar i allmänhet ju snabbare ju lägre presstrycket är. Typiskt är sintringstemperaturen 0,7 ... 0,9 av smälttemperaturen för det mest smältbara materialet som ingår i blandningen (pulverblandning). Att hålla vid en konstant temperatur orsakar först en kraftig och sedan en långsammare ökning av densiteten, styrkan och andra egenskaper hos den sintrade produkten. Den största styrkan uppnås på relativt kort tid och ökar sedan nästan inte. Exponeringstiden för olika material varar från 30...45 minuter till 2...3 timmar. Sintringsatmosfären påverkar kvalitetsindikatorerna. Produkternas densitet är högre vid sintring i reducerande miljö än vid sintring i neutral miljö. Vakuumsintring är mycket komplett och snabbt, vilket i jämförelse med sintring i neutralt medium vanligtvis startar vid lägre temperaturer och ger en ökad densitet av produkten. Temperaturintervallet för sintring är uppdelat i tre steg. I det första steget (temperatur upp till 0,2 ... 0,3 Tm) ändras densiteten knappast, här avlägsnas mjukgörande tillsatser och gaspartiklar som adsorberas av ytan, restspänningar avlägsnas delvis (av 1:a och delvis av 2:a slaget) , den fysiska interaktionen mellan pulverpartiklar. I det andra steget (temperatur ca 0,5 Tsmälta) utvecklas processerna för oxidreduktion och avlägsnande av gasformiga produkter. Densiteten kan minska något. Det tredje är högtemperatursteget (temperatur ca 0,9 Tm), steget med intensiv sintring, kännetecknat av en betydande ökning av hastigheterna för diffusionsprocesser, omkristallisation, utveckling av kontakter helt i metall och en betydande ökning av densiteten av materialet. Varmpressning är en process för samtidig pressning och sintring av pulver vid en temperatur på 0,5...0,8 smältpunkt (Tmelt) för huvudkomponenten i laddningen. Detta gör det möjligt att använda ökningen av laddningsfluiditeten vid förhöjda temperaturer för att erhålla lågporösa produkter. I detta fall adderas formtryckskrafterna till de inre fysiska krafterna som leder till packning. De viktigaste resultaten av varmpressning är den snabbaste kompakteringen och framställningen av en produkt med minimal porositet vid relativt låga tryck. Förtätningsmekanismen är identisk med den som observeras vid konventionell sintring: bildandet av interpartikelkontakt, en ökning av densiteten med en samtidig ökning av partikelstorleken och ytterligare tillväxt av partiklar med liten ytterligare förtätning. Produkter efter varmpressning har högre sträckgräns, högre töjning, ökad hårdhet, bättre elektrisk ledningsförmåga och mer exakta dimensioner än produkter erhållna genom successiv ordningspressning och sintring. Dessa egenskaper är ju högre desto högre presstryck. Varmpressade produkter har en finkornig struktur. Varmpressning av ett uppvärmt pulver eller ämne utförs i en form. Uppvärmning sker vanligtvis med elektrisk ström (bild 13). Ris. 13 Schema för dubbelsidig varmpressning i formar: a - indirekt uppvärmning, b - direkt uppvärmning när ström appliceras på stansen, c - direkt uppvärmning när ström appliceras på matrisen, d - induktionsuppvärmning av högfrekvent grafit forma; 1-värmare, 2-pulver, 3-produkt, 4-dys, 5 och 6-stansar, 7-isolering, 8-grafitkontakt, 9-grafitstans, 10-grafitmatris, 11-keramisk packning, 12-induktor, 13 - keramisk matris. Innan man trycker på pulvret kan formen med pulver eller pulver värmas på annat sätt, materialet för tillverkning av formar är värmebeständigt stål (vid temperaturer upp till IOOO * C) grafit, silikoniserad grafit, som har ökat mekaniskt styrka. För närvarande expanderar användningen av formar från eldfasta oxider, silikater och andra kemiska föreningar. För att förhindra växelverkan mellan det pressade materialet och materialet i formen är dess inre yta täckt med någon form av inert sammansättning (flytande glas, emalj, bornitrid * etc.) eller metallfolie. Dessutom används skyddsmedia (reducerande eller inerta) eller evakuering för att förhindra oxidation av den pressade produkten. Varmpressning utförs på speciella hydrauliska pressar med anordningar för temperaturkontroll under pressning. Intensifieringen av sintringsprocessen uppnås med speciella tekniker. För detta används kemiska och fysikaliska metoder för sintringsaktivering. Kemisk aktivering består i att ändra sammansättningen av sintringsatmosfären. Till exempel bidrar tillsatsen av klorid- eller fluorföreningar till sintringsatmosfären till den aktiva anslutningen av utsprång av partiklar med dem, och de resulterande föreningarna reduceras återigen till metall, vars atomer kondenserar på platser med ett minimum av fri energi. Den optimala koncentrationen är 5 ... 10 % väteklorid i vätereducerande miljö, intensiv kompaktering av det sintrade arbetsstycket observeras när en liten mängd metall med lägre smälttemperatur tillsätts till produktpulvret. Till exempel tillsätts nickel till volfram, guld tillsätts järn osv. För närvarande används fysiska metoder för sintringsaktivering i stor utsträckning: temperaturcykler, exponering för vibrationer eller ultraljud, bestrålning av presskroppar, applicering av ett starkt magnetfält. Vätskefassintring. Vid sintring i vätskefas, vid vätning av den fasta fasen med vätskefasen, ökar vidhäftningen av fasta partiklar, och vid dålig vätbarhet hämmar vätskefasen sintringsprocessen, vilket förhindrar komprimering. Den vätande vätskefasen leder till en ökning av komponenternas diffusionshastighet och underlättar rörelsen av partiklar i den fasta fasen. Med sintring i vätskefas kan nästan porfria produkter erhållas. Man skiljer på sintring med en vätskefas närvarande till slutet av sintringsprocessen och sintring med en vätskefas som försvinner kort efter dess uppkomst, när den sista sintringsperioden inträffar i den fasta fasen. Ytterligare operationer Impregnering med flytande metaller. Vid tillverkning av elektrisk kontakt och vissa konstruktionsmaterial används i stor utsträckning impregneringen av en pressad och sedan sintrad porös ram från ett mer eldfast material med en flytande metallkomponent i kompositionen. I detta fall fyller den flytande metallen eller legeringen de kommunicerande porerna i arbetsstycket från den eldfasta komponenten. Det finns två alternativ för impregnering. Enligt den första versionen placeras impregneringsmetallen på den porösa ramen i form av ett stycke med en volym som är lika med volymen av ramens porer och värms upp i en ugn till smälttemperaturen för impregneringsmaterialet. fall absorberas smältan av porerna i den eldfasta ramen. Enligt den andra metoden placeras den porösa ramen i smältan av impregneringsmetallen eller i lastrummet av pulvret av impregneringsmetallen. Absorptionen fortsätter under inverkan av kapillärkrafter. Impregneringshastigheten är tiondels millimeter per sekund och ökar med ökande temperatur. Impregneringstemperaturen är vanligtvis 100...150*C högre än smältpunkten för impregneringsmetallen. Denna temperatur bör dock inte överstiga smälttemperaturen för rammetallen. Olika tillsatser tillsätts till impregneringsmetallen för att förbättra vätbarheten. Ytterligare tekniska operationer används för att uppnå ytrenhet och noggrannhet (bearbetning, kalibrering), för att erhålla fysiska och mekaniska egenskaper - kemisk-termisk behandling och olika impregnering. Bearbetning har egenskaper som orsakas av materialets porositet. Skärverktyget utsätts för mikrochocker, vilket leder till snabb trubbning. Hårda legeringar används för bearbetning; För att få en hög ytfinish används ett diamantverktyg. Impregnering av produkter med olja (maskin- eller spindelolja) vid en temperatur av 110 ... 120 * C sker inom 1 h. Oljan fyller produkternas porer och kommer i processen in i friktionsytan genom kapillärerna. I ett antal fall gör detta det möjligt att bli av med smörjningen av produkter under drift och förbättrar gnidningsparets villkor. Kemisk-termisk behandling förbättrar produkternas mekaniska egenskaper, utökar omfattningen. Nitrocementering - ökar slitstyrkan hos delar: korrosionsbeständigheten ökar i jämförelse med sintrade med 6-8 gånger: slitstyrkan är 30 gånger med en kvävehalt på upp till 1% Diff ultraljudskromplätering - ökar slitaget och korrosionsbeständigheten flera gånger. Galvaniserade beläggningar har en egenskap som orsakas av närvaron av porer. För att förhindra penetration av elektrolyt i porerna är det nödvändigt att fylla dem. Detta uppnås genom noggrann slipning och polering - ett komprimerat yttre skikt med låg porositet bildas. Kalibrering används för att erhålla storlek 6-11 med noggrannhet och Ra = 1,25-0,32 mikron. De är kalibrerade både av en (yttre eller inre diameter), flöde och av flera parametrar. Man måste komma ihåg att minimitillägget måste tas i intervallet 0,05-0,07 mm. Delar som har cementit i strukturen måste glödgas före kalibrering. . Litteratur I. Balshin M.Yu., Kiparisov S.S. M. Metallurgi 1978 .184s. 2. Rakovsky B.C., Saklinsky V.V. Pulvermetallurgi inom maskinteknik. M. Engineering. 1973.126s. Referensmanual. 3. Libenson G.A. Grunderna i pulvermetallurgi. M. Metallurgi, 1975. 200-tal. Frågor för självkontroll: 1. Kärnan, fördelarna och egenskaperna med att tillverka delar från metallpulver. 2. Metoder för att erhålla metallpulver och deras egenskaper. 3. Formningsmetoder inom pulvermetallurgi: tekniska krav för utformningen av delen, kvalitetsindikatorer efter sintring. 4. Mekanismer, egenskaper hos sintringsprocessen inom pulvermetallurgi. 5. Typer och syfte med ytterligare operationer inom pulvermetallurgi, kvalitetsindikatorer.