Основы порошковой металлургии

1. Несоблюдение точности размеров и формы листов и полос.

Поскольку холоднокатаные листы в основной массе значительно тоньше, чем  горячекатаные, на первый план выходят  такие дефекты, как поперечная и  продольная разнотолщинность, волнистость, коробоватость. Предупреждение их достигается оптимальной профилировкой валков, применением противоизгиба, введением автоматического управления процессом прокатки.

2) Нарушение сплошности металла. Основной причиной возникновения дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка, плены, расслоения и др.) является плохое качество металла исходной горячекатаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты типа нарушения сплошности могут возникать в результате неправильного осуществления процесса прокатки. При задаче в валки коробоватых полос, когда имеется тенденция к образованию продольной складки, в зоне деформации одна часть полосы смещается относительно другой части. На поверхности металла проступают светлые линии, расположенные под некоторым углом к направлению прокатки. Такой дефект называется порезом (или «елкой», если линии располагаются симметрично в продольном направлении). Причиной возникновения этого нередкого дефекта является неудачно подобранная профилировка валков, неравномерное распределение обжатия по ширине полосы.

3. Дефекты  поверхности листов и полос  относятся к числу наиболее  распростаненых. Они возникают на разных переделах. При травлении горячекатаных полос возможны недотрав и перетрав. В первом случае на поверхности полосы остаются темные полосы или пятна нестравленной окалины; во втором - поверхность металла получается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появление этих дефектов требует изменения режима травления. В процессе прокатки на поверхности полос иногда образуются углубления (надавы) или выступы (бугорки).

Отпечатки в виде надавов разных форм и размеров обычно появляются вследствие наваривания  частиц металла на поверхность валков. В этом случае необходима зачистка поверхности валков, например наждачной  шкуркой или абразивным бруском. Бугорки образуются при наличии  на поверхности валков вмятин или  раковин (от выкрошивання). Валки с  грубыми дефектами поверхности  должны быть заменены.

Распространенным  видом повреждения холоднокатаных листов и полос является вкатанная  металлическая крошка. Дефект возникает в результате попадания кусочков металла на поверхность прокатываемой полосы. Часто кусочки металла отрываются с кромок полосы, когда на кромках имеются трещины или заусенцы.

При соприкосновении  металла с острыми краями проводковой  арматуры, при транспортировке и  других операциях на поверхности  полос образуются риски и царапины. Эти дефекты также могут возникать  в результате относительного смещения витков полосы в рулоне при его  намотке, размотке и перемещении. Некоторые виды поверхностных дефектов образуются при отжиге холоднокатаного металла. Так, при наличии на поверхности металла после прокатки значительных остатков технологической смазки (эмульсии) возможно появление при отжиге темных пятен и разводов, располагающихся в основном вблизи кромок полос или листов. Этот дефект часто называют пригаром эмульсии. Для его предотвращения следует избегать применения слишком концентрированных эмульсий и в максимальной степени удалять остатки смазки с поверхности полос после прокатки, что достигается сдуванием или другими метолами.

4. Отклонения  по структуре и физико-механическим  свойствам металла зависят главным  образом от выполнения предписанных  режимов термической обработки. Вместе с тем следует иметь в виду большое влияние режимов деформации, которые должны быть выбраны с учетом конечных свойств металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ШЛИКЕРНОЕ  ЛИТЬЕ

 

Шликерное литье представляет собой формообразование находящегося в жидкой фазе парафиново-воскового  шликера на основе керамического  порошка. Формообразование заготовок  производится в пресс-формах. Рассмотрим два примера пресс-форм для шликерного литья.

Конструкция пресс-формы для литья трубчатых  заготовок, в том числе пьезокерамических  элементов (ПЭ) (рис. 4) должна обеспечивать наряду с точным формообразованием  также возможность удаления отливки  из полости пресс-формы. Поэтому  матрица пресс-формы изготавливается  сборной, состоящей из двух полуматриц 4 с вертикальной плоскостью разъема. Полуматрицы замыкаются двумя кольцами 1 с базирующими буртиками. На нижнем кольце выполнено литниковое отверстие, взаимодействующее с питающей трубкой литьевой машины, а на верхнем кольце имеется точное отверстие – вспомогательная база для установки стержня 3, оформляющего отверстие трубчатого ПЭ. Для упрощения сборки и разборки пресс-формы между стержнем и верхним кольцом устанавливается накидная шайба 2.

 

Рис.4 Конструкция  пресс-формы для шликерного литья  трубчатых головок

 

Шликерное литье сферических ПЭ производится с использованием пресс-формы многоместной конструкции (рис. 5), имеющей горизонтальную плоскость разъема. Полости под отливки образованы сочетанием поверхностей точных углублений в матрице 1 и стержней 2.

 

Рис.5 Конструкция  многоместной пресс-формы для шликерного литья сферических заготовок:!1-матрица;2-стержень;3-пластина:4-штырь;5-палец

 

Оборудованием для реализации операции шликерного литья является литьевая машина (рис. 6).

 

Рис.6 конструкция  литьевой машины для шликерного литья

 

Каркас 1 литьевой машины изготовлен из уголковой  стали и обшит стальным листом толщиной 1,5 мм. К каркасу крепится стальная плита 9, на которой осуществляется монтаж основных сборочных единиц: шликерного бака 2, механизма прижима  пресс-формы 6, ограждение 7, электромагнитного  клапана 4, контактного термометра 3, механической мешалки 5 с электродвигателем, блока электрического управления (на рис. 7 он не показан).

Шликерный бак состоит из собственно бака загрузки шликера, питателя 12, кожуха и крышки со встроенной в неё мешалкой. В  крышке бака имеется отверстие под  питатель. Для дополнительного подогрева  шликера на выходе трубчатого питателя установлен дополнительный нагреватель 11 из нихромовой проволоки.

Шликерный бак устанавливается в прорези  плиты крышки и уплотняется с  помощью вакуумной резины тремя  эксцентриковыми зажимами. Для обеспечения  равномерного подогрева шликера  пространство между шликерным баком  и кожухом заполняется жидкостью (глицерином), которая подогревается  установленным под шликерным  баком трубчатым нагревателем 13 мощностью 2кВт.

Механизм  прижима пресс-формы состоит из двух вертикальных стоек, на которых  установлена подъемная плита 8 прижима. Ограждение, представляющее собой щиток  из оргстекла, служит для предохранения  оператора от ожогов горячей массой в случае её разбрызгивания.

Блок  электрического управления смонтирован  на шасси и служит для регулирования  подачи сжатого воздуха через  электромагнитный клапан, для поддержания  определенной температуры шликера  с помощью системы автоматического  регулирования, датчиком которой является контактный термометр, а также для  питания электродвигателя и электронагревателя.

Для вакуумирования шликерный бак с расплавленным  шликером соединяется с вакуумным  насосом. В течение 1,5...2 ч из бака откачивают воздух, одновременно работает механическая мешалка. По окончании вакуумирования вакуумный шланг перекрывают, а рабочий цикл начинается с того, что открывают доступ сжатого воздуха через электромагнитный клапан в шликерный бак и в полость мембранной пневмокамеры механизма прижима пресс-формы. Сжатый воздух, поступающий в полость шликерного бака, выдавливает разогретый жидкий шликер из бака через питатель в пресс-форму 10. При выключении электромагнитного клапана прекращается доступ воздуха из сети в клапан, а давление воздуха в шликерном баке и пневмокамере механизма прижима пресс-формы падает, поскольку воздух из шликерного бака уходит в атмосферу. Этим заканчивается рабочий цикл.

Шликерное литье применяют для получения  изделий сложной формы (с внутренними  полостями) из хрупких и твердых  порошков карбидов, нитридов, силицидов и др. При этом 40...70 % водную суспензию порошка (шликер) заливают в пористую гипсовую или керамическую форму. Жидкость впитывается стенками формы, внутри формы образуется заготовка, связь частиц порошка в которой обеспечивается их Механическим сцеплением. Подсушенную заготовку извлекают, разрушая стенки формы, окончательно сушат и затем спекают. Горячее прессование характеризуется совмещением процессов прессования и спекания заготовок. При температурах, близких к температуре спекания, повышается пластичность частиц порошка, более интенсивно протекают процессы уплотнения порошков по сравнению с обычным прессованием. Горячим прессованием (а им может быть любой из известных способов формования) получают изделия из трудно-деформируемых порошковых материалов. Динамическое прессование - это формование заготовок с использованием импульсных нагрузок, отличающееся высокой скоростью их приложения. В качестве источника энергии используют: взрыв заряда взрывчатых веществ, импульсное магнитное поле, сжатый газ и т. д. Высокоскоростное прессование в настоящее время используется при изготовлении высокоплотных крупногабаритных заготовок из трудно-деформируемых металлических порошков и порошков керамических материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Мы кратко изложили основные методы получения  заготовок и изделий из металлических порошков, холодную прокатку листов, материал и профилировку валков станов холодной прокатки, качество продукции и основные дефекты, шликерное литье. Из изложенного можно сделать такой вывод. Качество изделия и его свойства определяются качеством порошков и их подготовки, условиями прессования и спекания. Отступление от установленного режима на любом из приведенных технологических этапов неизбежно приведет к изменению свойств изделия. Например, неправильный режим прессования обусловит изменение величины усадки после спекания, следовательно, размер детали будет с отклонением от нормы.

Если  управление доменным или мартеновским процессом представляет значительные трудности, то управление процессами в  металлокерамическом производстве по их природе отличается простотой. Это является основным преимуществом  данной технологии. Второе преимущество заключается в значительном сокращении технологических операций и почти  полном отсутствии отходов. Наконец, методами порошковой металлургии можно делать новые материалы с особыми  свойствами.

Специализация предприятий — основа рентабельности и высокой производительности любого производства. В порошковой металлургии  также намечено строительство специализированных заводов. В настоящее время строится новый и реконструируется старый завод по производству железного  порошка. Расширяется и производство порошков цветных металлов (медного, никелевого, вольфрамового, молибденового, титанового и др.) Очевидно, что при  массовом производстве порошков на специализированных предприятиях себестоимость изготовления и, следовательно, отпускная цена будут  значительно снижены по сравнению  с существующими ценами и в  первую очередь: на железный и медный порошки.

Несколько лет уже работают заводы, выпускающие  твердые сплавы. Построен завод, изготовляющий контакты для слабых и сильных токов.

Таким образом, заложена основа для создания особой отрасли металлокерамического производства — электрометаллокерамика. Сюда входит изготовление электроконтактов, постоянных магнитов, магнитомягких материалов и изделий из них, коллекторных пластин  и прочих изделий для электротехнической промышленности. Затем будут создаваться  специализированные заводы по производству машиностроительных деталей (конструкционных, антифрикционных втулок, фрикционных  материалов, фильтрующих элементов  и пр.)

Кроме перечисленных  ранее преимуществ методов порошковой металлургии, есть еще одно, очень  важное для народного хозяйства. Втулки, изготовленные на основе железного  порошка, являются прекрасными заменителями бронзовых втулок, применяемых в  качестве подшипников скольжения.

Большинство процессов в порошковой металлургии  можно автоматизировать. Это позволит облегчить труд человека и обеспечить выпуск продукции постоянного заданного  качества. Следовательно, все говорит  за то, что необходимо быстро развивать  порошковую металлургию с тем, чтобы  удовлетворить нужды народного  хозяйства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Кипарисов  С. С., Либенсон Г. А. Порошковая  металлургия.— М.: Металлургия, 1980—496 с.

2. Либенсон  Г. А. Основы порошковой металлургии.—  М.: Металлургия, 1975.— 198 с.

3. Технология важнейших отраслей промышленности / Под ред. А. М. Гинберга, Б. А. Хохлова.— М.: Высш. шк., 1985.—495 с.