Суть порошковой металлургии железа

Порошковая металлургия — это важная отрасль современной техники, занимающаяся производством металлических порошков и разнообразных изделий из них.

Суть порошковой металлургии заключается в том, что шихту, состоящую из специально подобранных и подготовленных порошков, прессуют в пресс-формах при давлении порядка 1000-10000 кг/см2 . Полуфабрикаты, которые получились в результате прессования имеют прочность, но зачастую недостаточную и, поэтому, получившуюся заготовку подвергают спеканию. Подробнее на сайте osnastka12.ru.

Необходимая механическая прочность детали достигается в результате спекания, которое проводится при температуре ниже точки плавления основного металла, входящего в смесь металлических порошков.
Таким образом, получается твердое прочное тело изделия, почти не нуждающееся в дополнительной обработке.

Технологические преимущества порошковой металлургии по сравнению с другими методами задают высокий темп развития этой отрасли.
Например, проблема производства тугоплавких материалов решилась благодаря методам порошковой металлургии и, в настоящее время, эти материалы стали основой для изготовления режущего инструмента.

Металлические порошки производятся непременно с учетом их дальнейшего использования. Поведение порошка металла и свойства готовых изделий зависят от всех физических и химических свойств порошка. По этой причине выбор способа получения металлического порошка, его гранулометрического состава, сырья для его изготовления, метода изготовления смеси порошков, гранулирования имеют большое значение.
Большое значение для получения качественных изделий имеет правильная и тщательная подготовка порошковой шихты. В большинстве случаев брак при прессовании и спекании вызывается нарушением технологических режимов на операциях подготовки шихты.

Чаще всего металлические порошки изготавливаются на предприятии, но бывает, что сам потребитель смешивает и подготавливает порошки.
В большинстве случаев редко используется порошок в чистом виде, обычно соединяются несколько видов порошков металлов, а также вводятся керамические элементы. Например, для изготовления тормозных (фрикционных) элементов, применяют шихту, в смеси которой находятся железный порошок, медный порошок, оловянный порошок. Также вводят порошок кремния, порошок свинца, цинковый порошок.

Бывает, что готовый, поступивший с производства порошок металла, все равно нуждается в специальных подготовительных операциях для придания порошку определенных физических и химических характеристик. Это необходимо, если на производстве заказчика ведется смешивание порошков с целью их напыления на особо ответственные изделия и детали (авиаремонт). Такие клиенты подготавливают порошок металла разными методами, от простой классификации до его спекания с другими элементами в среде водорода.

Предварительная обработка, термическая или механическая, имеет целью изменение физических свойств порошков, например, степени дисперсности, прессуемости и т.д.

Производят предварительный отжиг порошков с целью повышения их пластичности и прессуемости. С помощью предварительного отжига готовят никелевый порошок для повышения пластичности, а порошок железа- с целью снятия наклепа на частицах порошка, обычно, произведенного методом распыления — распыленный железный порошок марок ПЖР и ПЖРВ по ГОСТ 9849-86.
Еще одним из подготовительных методов порошков является введение пластификатором. Эта операция особо актуальна в случае, если частицы металлических порошков настолько прочны и тверды, что трудно поддаются деформации и прессованию. Например, это порошок вольфрама и порошки молибдена. При прессовании таких металлических порошков не происходит излома частиц, уплотнение достигается за счет вдавливания более мелких частиц между крупности и уменьшения общей пористости прессовки по сравнению с исходным материалом.
Для получения более прочной спрессованной заготовки и облегчения процесса прессования порошков металла, в шихту добавляется смазывающее вещество — пластификатор. Пластификатор смазывает поверхность отдельных частиц, облегчение их скольжение относительно друг друга при прессовании.
Тончайшая пленка пластификатора связывает отдельные частицы между собой и прессовка обретает некоторую дополнительную прочность, обеспечивающую некоторую сохранность формы для следующих операций.

После того, как порошки металлов прошли подготовительные операции, металлическая шихта поступает на прессование. Прессовые характеристики порошков определяют способ и режим прессования.
Процесс прессования изменяет структуру и свойства порошков: увеличивается контакт между частицами порошков, повышается прочность, уменьшается пористость порошковых тел, измельчаются скопления частиц или сами частицы, и происходит упрочнение частиц, так называемый наклеп. Любое уплотнение частиц вызывает увеличение контактной поверхности частиц. Спрессованная заготовка заданной формы поступает на стадию спекания, где достигается необходимая прочность детали.

Существенное преимущество порошковой металлургии заключается в том, что спеченная деталь почти не требует дальнейшей обработки, например, в обработке детали резанием нет нужды. Это преимущество особенно явно проявляется при массовом производстве изделий, так как при этом достигается ряд существенных экономических выгод:
• Ускоряется процесс производства деталей;
• Снижаются затраты рабочего времени;
• Отсутствует необходимость в оснащении производства парком дорогостоящих металлообрабатывающих машин;
• Отсутствуют потери металла в стружку.

Такая экономическая выгода, как отсутствие потери металла в стружку очень существенна, поскольку при других методах производства деталей, потеря металла составляет от 20% до 80% веса металла.
Приведу пример изготовления обычной шестеренки:
• При изготовлении шестеренки методом порошковой металлургии производственный процесс слагается из простых и малотрудоемких операций — покупки металлического порошка, его подготовки, прессования, спекания и калибровки.
• Для того чтобы произвести такую е шестеренку литьем с последующей обработкой, заготовки, отлитые из чугуна, подвергаются механической обработке, состоящей из сверления отверстия, обточки по наружнему и внутреннему диаметру, обработки шпоночной канавки, нарезки зубьев и окончательной отделки. Причем, последние две операции очень трудоемки.

И это только процессы обработки, которые не включают в себя предыдущие стадии технологического процесса. К тому же, расплав металла более ограничен по химическому составу, нежели многокомпонентные шихты металлических порошков, в которые можно включать керамические элементы, упрочняющие деталь.
Продолжая сравнение, замечу, что для изготовления 1000 шестерен обычным способом требуется около 30 часов труда квалифицированного рабочего, а для изготовления такого же количества методом порошковой металлургии- 10 часов труда малоквалифицированного рабочего.

Таким образом, метод порошковой металлургии при изготовлении деталей обладает большим количеством конкурентных преимуществ.