Конструкционные материалы

Печи

СПЕКАНИЕ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Спекание является одной из наиболее важных технологических операций в ПМ. Оно представляет собой сложный комплекс ф/х явлений, протекающих одновременно или последовательно при нагревании формовок или свободно насыпанного порошка.

Практической целью спекания является достижение определенного уровня требуемых свойств, формирующихся в процессе нагрева исходного порошкового тела.

Таким образом, спекание есть нагрев и выдержка порошковой формовки при температуре ниже точки плавления основного компонента (2/3 Т_пл.) с целью обеспечения заданных и механических и физико-химических свойств.

Чаще всего выделяют 6 основных стадий спекания:

1) возникновение и развитие связей между частицами;

2) образование и рост шеек контактов;

3) закрытие сквозной пористости;

4) сфероидизация пор;

5) уплотнение за счет усадки пор;

6) укрупнение (коалисценция) пор.

Основные процессы, происходящие при спекании:

1) Рекристаллизация – рост одних зерен за счет соседних зерен той же фазы.

2) Уплотнение при нагреве – сохранение объема пор, чтоо приводит к возрастанию плотности.

Основные факторы, оказывающие влияние на ход спекания:

1) свойства исходных порошков;

2) давление прессования;

3) температура спекания;

4) продолжительность спекания;

5) активирование и атмосфера спекания.

Аппаратурное оформление

1. По типу обогрева или источника энергии

- электрические

- планетарные

2. По принципу работы:

- периодического действия

- непрерывного действия.

3. По характеру среды:

- воздушная

- нейтральная

- восстановительная

- вакуум.

4. по рабочей температуре

- низкотемпературные (до 1250^оС)

- высокотемпературные (выше 1250^оС)

5. По степени механизации:

- автоматические

- полуавтоматические

- неавтоматизированные.

Под конструктивной прочностью подразумевают комплекс прочностных свойств, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные свойства изделия. Это сочетание прочности, надежности и долговечности.

Классификация КМ.

1. По условиям эксплуатации

а) материалы общего назначения

- материалы на основе железа

- материалы на основе цветных металлов и сплавов

б) материалы со специальными свойствами

- износостойкие

- инструментальные

- жаропрочные

- жаростойкие

- коррозионностойкие

- для атомной энергетики

- с особыми физическими свойствами

- тяжелые сплавы

- электротехнические.

2. По темени нагруженности:

- малонагруженные (П = 16-25%; 20-25% σ_в);

- умереннонагруженные (П = 10-15%; 50-55% σ_в);

- средненагруженные (П = 5-10%; 70-75% σ_в);

- тяжело нагруженные (П = менее 5%; 90% σ_в).

Материалы для КМ

Порошки чистых металлов и сплавов, полученные различными методами (Fe, Cu, Ni, Co, Cr, Mn).

Углеродистые стали получают из смеси Fe и графита (какое железо указать) 0,3% С. Технология: смешивание, холодное однократное прессование, спекание (если необходимо – калибровка, мех. обработка)

Иногда вместо графита смесь железного и чугунного порошка.

Основной легирующий элемент – Сu. Она стабилизирует усадку. Содержание от 1 до 5%. Технология – смешивание, холодное прессование, спекание. Превышение 5% существенно снижает пластичность стали.

Распространенным элементом также является Ni. При увеличении содержания Ni от 1 до 10% прочность стали возрастает. Стабилизирует усадку.

Совместно введение Ni и Сu способствует ускорению диффузионных процессов и гомогенизации. Кроме того, полученный прирост прочности превышает суммарный эффект действия каждого элемента в отдельности. Поэтому ПКМ, легированные только никелем не находят широкого применения.

Для деталей общемашиностроительного назначения совместное легирование Ni (1-3,5%) и Мо (0,3-0,8%). Высокие механические свойства. Применение этих элементов не требует высокоосушенных сред.

Недостаток этих элементов – высокая стоимость. Поэтому сейчас часто используются Cr, Mn и Si. Их вводят как в виде чистых порошков, так и в виде сплавов с Fe. Но из-за высокого сродства к О₂ они требуют высокоосушенных сред спекания.

Многопрочные порошковые стали по прочности не уступают литым и легируются Ni (7-20%), Со (4-17%), Мо (4-5%), Тi (0.8-3.5%), Al, Mn, Cr (1-4%).

Нержавеющие стали легируются Ni (2-28%), Cr (12-16%), Мо (0,1-3,0%), Mn (0,1-0,6%), Si (0.1-1,0%), С (0,02-0,18). Получают диффузионным насыщением и распылением. Применяются также смеси порошков Fe-Cr и карбидов.

Технология КМ

1. Малонагруженные детали изготавливают из железного порошка или шихт на его основе с добавлением углерода х/п и спеканием при t = 0,8 t_пл с получением П = 16-25%. Иногда пропитывают маслом, орган. мономерами, легкоплавкими металлами.

2. Умереннонагруженніе детали П = 10-15% целесообразно изготавливать из порошковв углеродистых или низколегирован-ных сталей однократным или двойным прессованием и спека-нием. При изготовлении деталей повышенной сложности применяют мех. обработку для деталей средней сложности – калибровку. ТО в зависимости от условий эксплуатации.

3. Средненагруженные детали пористостью не более 9%, эксплутируемые в условиях значительных статических и динамических нагрузок, следует изготавливать из порошков углеродистых и легированных сталей и сплавов. Изделия можно изготавливать двойным прессованием и спеканием, горячей и холодноц штамповкой, г/п с последующец ТО или ХТО.

4. Тяжело нагруженные детали пористостью не более 9%, эксплуатируемые в условиях высоких статических и динамичес-ких нагрузок, целесообразно изготовлять из гомогенных порош-ков легированных сталей и сплавов пористостью менее 2%. Изде-лия получают ГШ и ХШ спеченных заготовок с последующей ТО, ХТО или ТМО. Применяют такжде другие высокоэнергети-ческие методы изготовления деталей этой группы (ГП, ИП, ВФ).