Порошковые материалы

Выполнили

студентки гр. СТБ-109

Чистякова Н.В.,
Федченко А.А.

Проверил

Макаревич О.Е.

Санкт-Петербург

ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Порошковыми называются материалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и размеров и последующего спекания сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере при температуре 0 75—0,8 Т . Различают пористые и компактные порошковые материалы.

Пористыми называют материалы, в которых после окончательной обработки сохраняется 10—30 % остаточной пористости. Эти сплавы используют главным образом для изготовления антифрикционных деталей (подшипников, втулок) и фильтров.

Антифрикционные порошковые сплавы имеют низкий коэффициент трения, легко прирабатываются, выдерживают значительные нагрузки и обладают хорошей износостойкостью.

Порошковые подшипники могут работать без принудительной смазки за счет «выпотевания» масла, находящегося в порах (так называемые самосмазывающиеся подшипники).

Подшипники изготовляют из сплавов железа и 1—7 % графита (ЖГр-1, ЖГр-3, ЖГр-7) и бронзографита, содержащего 8—10 % Sn и 2—4 % графита (БрОГр 10-2, БрГр8-4 и др.).

Структура металлической основы железографитовых материалов должна быть перлитной с массовой долей связанного углерода 1,0 % и графита 1,5 %. Такая структура допускает наиболее высокие скорости и нагрузки при наименьшем износе подшипников. Добавка к железографитовым материалам серы (0,8— 1,0 %) или сульфидов (3,5—4,0 %), образующих сульфидные пленки на трущихся поверхностях, улучшает прирабатываемость, уменьшает износ и прихватываемость сопряженных деталей.

Коэффициент трения по стали при смазке железографита 0,07—0,09. Подшипники из железографита используют при допустимой нагрузке не более 100— 1500 МПа и максимальной температуре 100—200 °С. Коэффициент трения бронзографита по стали в сухую 0,04—0,07, а со смазкой 0,05—0,007. Допустимая нагрузка 400—500 МПа, рабочая температура не выше 200—250°С.

Механические свойства железографита: = 180 300 МПа, НВ 60—120, а бронзографита: = 30 50 МПа, НВ 25—50.

Спеченные материалы на основе железа и меди используют и для фрикционных изделий (дисков, сегментов) в тормозных узлах. Фрикционные изделия должны иметь высокий коэффициент трения, достаточную механическую прочность и хорошее сопротивление износу. Для повышения коэффициента трения в состав фрикционных материалов вводят карбиды кремния, бора, тугоплавкие оксиды и т. д. Компонентами твердой смазки служат графит, свинец, сульфиды и др.

Коэффициент трения по чугуну (сухое трение) для материала на железной основе составляет 0,18—0,40, а на медной 0,17—0,25.

Фрикционные сплавы на медной основе применяют для условий жидкостного трения в паре с закаленными стальными деталями (сегменты, диски сцепления и т. д.) при давлениях до 400 МПа и скорости скольжения до 40 м/с, максимальной температурой 300—350 °С. Типичным фрикционным материалом на основе меди является сплав МК5, содержащий 4 % Fe, 7 % графита, 8 % РЬ, 9 % Sn, 0—2 % Ni.

Для работы в условиях сухого трения (деталей тормозов самолетов, тормозных накладок тракторов, автомобилей, дорожных машин, экскаваторов и др.) применяют материалы на железной основе. Наибольшее применение получил материал ФМК-П (15 % Сu, 9 % графита, 3 % асбеста, 3 % Si02 и 6 % барита). Фрикционные материалы изготовляют в виде тонких секторов (сегментов, полос) и крепят на стальной основе (для упрочнения).

Широко применяют порошковые материалы для фильтрующих изделий. Фильтры в виде втулок, труб, пластин из порошков Ni, Fe, Ti, Аl, коррозионностойкой стали, бронзы и др. с пористостью 45—50 % (размер пор 2—20 мкм) используют для очистки жидкостей и газов от твердых примесей.

Предпочтение следует отдавать фильтрам, сделанным из порошков со сферической формой частиц. В этом случае фильтры обладают более высокой проницаемостью и стабильностью. Современные фильтры позволяют отделять частицы размером до 2—5 мкм.

В электротехнике и радиотехнике применяют металлокерамические магниты на основе Fe—Ni—Al – сплава (типа алнико) и др. Свойства порошковых магнитов нередко выше свойств литых магнитов.

Большое применение в машинах для контактной сварки, приборах связи и т. д. получили контакты из порошковых материалов. Для этой цели применяют псевдосплавы тугоплавких металлов (W и Мо) с медью (МВ20, МВ40, МВ60, МВ80), серебром (СМЗО, СМ60, СМ80, СВЗО, СВ50, СВ85 и др.) или с оксидом кадмия (ОК8, ОК12, ОК15) и др. Контакты отличаются высокой прочностью, электропроводностью и электроэрозионной стойкостью. Токосъемники (щетки) изготовляют из порошков меди (или серебра) с графитом (углем).

В последние годы нашли применение порошковые быстрорежущие стали (10Р6М5-МП, Р6М5К5-МП, Р12ФЗ-МП и др.), которым несвойственна карбидная неоднородность, они хорошо шлифуются даже при большом содержании ванадия (3,0—4,0 %) и обладают высокими режущими свойствами. Широко применяют порошковые инструментальные твердые сплавы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, ТаС), связанных кобальтом.

Порошки в металлургии применяют для получения специальных сплавов: жаропрочных на никелевой основе, дисперсноупрочненных материалов на основе Ni, Al, Ti и Сг. Методом порошковой металлургии получают различные материалы на основе карбидов W, Мо и Zr.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС) применяют тогда, когда путем литья и обработки давлением трудно получить соответствующий сплав. Изготовляют САС с особыми физическими свойствами. Они содержат большое количество легирующих элементов САС1 (25— 30 % Si, 5—7 % Ni, остальное Al). Из САС1 делают детали приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20—200 °С, которые требуют сочетания низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

В оптико-механических и других приборах нашли применение высокопрочные порошковые сплавы системы Al— Zn— Mg—Со (ПВ90, ПВ90Т и др.). Эти сплавы обладают высокими механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием и релаксационной стойкостью. Изделия из этих сплавов подвергают термической обработке по режимам Т1 и Т2 (искусственное старение, отжиг).

Применяют гранулированные специальные сплавы с высоким содержанием Fe, Ni, Со, Mn, Cr, Zr, Ti, V и других элементов, малорастворимых в твердом алюминии. Гранулы — литые частицы диаметром от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. При литье центробежным способом капли жидкого металла охлаждаются в воде со скоростью 10 —16 °С/с, что позволяет получить сильно пересыщенные твердые растворы переходных элементов в алюминии. При последующих технологических нагревах (400—450 °С) происходит распад твердого раствора с образованием дисперсных фаз, упрочняющих сплав.

Все более широкое применение получают компактные материалы из порошков углеродистой и легированной стали, бронз, латуней, сплавов алюминия и титана для изготовления всевозможных шестерен, кулачков, кранов, корпусов подшипников, деталей автоматических передач и других деталей машин.

Свойства изделий, полученных из порошков, во многих случаях не уступают свойствам изделий, полученных обычными металлургическими методами.

Однако следует учитывать, что с увеличением пористости ухудшаются механические свойства. Например, прочность стали () при пористости выше 3—5 %, а пластичность ()и вязкость выше 1 — 2 % заметно снижаются.

Порошковая металлургия позволяет увеличить коэффициент использования металлов до 0,7—0,9, повысить производительность труда и снизить себестоимость детали по сравнению с обычной технологией, несмотря на более высокую стоимость металлических порошков.

Экономическая эффективность достигается благодаря резкому сокращению или полному исключению механической обработки. Порошковые материалы наиболее эффективны в массовом производстве.

Поиск по сайту: