Порошковая металлургия как прогрессивная технология обработки металлов

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

Омский государственный  технический университет

 

Нефтеюганский филиал

Кафедра «Экономики и  социологии»

 

       

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: «Теоретические основы прогрессивных технологий»

            

 

 

Порошковая  металлургия как прогрессивная  технология

обработки металлов

 

 

                                                         Выполнил: студент гр. ЗЭП-210НЮ,

                                                                                                     Шамота Э.Г.

                                                                    Проверил: доцент, к.х.н.,  

                                                                                                  Даньшина В.В.

 

 

                                        Нефтеюганск-2012

 

 

Содержание.

Введение…………………………………………………..…………………….3

Глава 1. История развития порошковой металлургии……………………….5

Глава 2. Производство металлических порошков и их свойства…………..7

Глава 3. Изделия порошковой металлургии и их свойства

3.1.Металлокерамические  подшипники………………………………23

3.2. Пористые материалы  и возможности их применения  в промышленности………………………………..……………………………….24

Глава 4. Расчет экономического эффекта…………………………………...26

Глава 5. Перспективы развития порошковой металлургии……………….29

Заключение……………………………………..……………………………...30

Список использованной литературы………………………………………..32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Цель курсовой работы: изучение свойства металлических порошков и методы их определения; классификация, теория и технология процессов формования порошков и спекания изделий из них; методы обработки порошковых материалов и изделий; их химическими, физическими, технологическими свойствами и методами их оценки, а также ознакомление с теоретическими основами и технологиями получения порошков различными способами, достоинствами, недостатками и основными областями применения этих способов получения порошков.

 

Порошковой  металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.

Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повысить экономические показатели производства. При этом способе в большинстве случаев коэффициент использования материала составляет около 100%.

Порошковая металлургия  находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы.

Основные преимущества использования порошковой металлургии:

- снижает затраты на дальнейшую механическую обработку, которая может быть исключена или существенно уменьшена. Получает готовое изделие точное по форме и размерам. Обеспечивает высокое качество поверхности изделия.

- использует энерго и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания.

- позволяет получать изделия с уникальными свойствами, используя многокомпонентные смеси, объединяя металлические и не металлические компоненты. Изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью; подшипники скольжения с эффектом самосмазывания.

- получает более высокие экономические, технические и эксплуатационные характеристики изделий по сравнению с традиционными технологиями.

- упрощает зачастую изготовление изделий сложной формы.

- обеспечивает прецизионное производство. Соответствие размеров в серии изделий.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. История  развития порошковой металлургии.

Порошки металлов применяли  и в древнейшие времена. Порошки  меди, серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике, живописи во все известные времена.

Заслуга возрождения  порошковой металлургии и превращения  в особый технологический метод обработки принадлежит русским ученым П.Г. Соболевскому и В.В. Любарскому, которые в 1826 г., за три года до работ англичанина Воллстана, разработали технологию прессования и спекания платинового порошка. После первых работ П.Г. Соболевского по разработке процесса изготовления монет из порошка платины, выполненных в России в 1826 – 1827 гг. стало развиваться новое направление в науке - порошковая металлургия.

После организации Г.А. Меерсоном в 1923 г. на Московском кабельном заводе производства порошка вольфрама и получения в 1932 г. на Ленинградском механическом заводе первых промышленных партий порошка электролитического железа, работы ученых привели к созданию ряда оригинальных процессов изготовления металлических порошков, которые нашли применение.

Процесс получения железного  порошка комбинированным восстановлением окалины газом и сажей в 1948 - 1958 гг. был положен в основу строительства Броварского завода порошковой металлургии (Украина). В 1953 - 1957 гг. организовано производство порошков сложнолегированных сталей и сплавов методом металлотермического восстановления. Разработан метод получения легированных порошков железа диффузионным насыщением. Получены порошки карбонильным методом, механическим измельчением, исследуются процессы получения порошков восстановлением окислов, электролизом водных растворов и расплавленных сред. Внедрены методы получения металлических порошков распылением расплавов.

В настоящее время  изготавливаются в промышленном масштабе порошки таких металлов, как железо и его сплавы, никель, медь, кобальт, алюминий, титан, олово, цинк, свинец, магний, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и другие.

Существенные успехи достигнуты в разработке теоретических  основ и технологии процессов  прессования и формования изделий из порошков.

В 60-х годах широко развились работы по созданию спеченных  конструкционных материалов на железной основе, с пропиткой прессовок медью и ее сплавами, с введением в состав материала углерода в виде графита или порошка белого чугуна, с заполнением пор материала стеклом, что дало повышение прочности до 75 - 80 кг/мм кв. Применение легированных порошков в сочетании с горячей штамповкой или высокоскоростным холодным прессованием с последующим спеканием позволило получить материалы с прочностью выше 200 кг/мм кв.

Активно разрабатывались  и другие материалы - фрикционные, уплотнительные, износостойкие, магнитные, фильтровые, инструментальные, волокновые, дисперсно-упрочненные. Созданы ряд материалов, изготавливаемых методами прокатки - токосъемные пластины, электродные ленты, биметаллическая проволока и другие биметаллические и триметаллические материалы.

Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции:

1. получение порошка исходного материала;
2. формование заготовок;
3. спекание и
4. окончательную обработку. 

Каждая из указанных  операций оказывает значительное влияние на формирование свойств готового изделия.

Глава 2. Производство металлических порошков и их свойства.

В настоящее время  используют большое количество методов  производства металлических порошков, что позволяет варьировать их свойства, определяет качество и экономические показатели.

Условно различают два  способа изготовления металлических  порошков:

1) физико-механический;   2) химико-металлургический.

При физико-механическом способе изготовления порошков превращение исходного материала в порошок происходит путём механического измельчения в твердом или жидком состоянии без изменения химического состава исходного материала. К физико-механическим способам относят дробление и размол, распыление, грануляцию и обработку резанием измельчаемого материала.

При химико-металлургическом способе изменяется химический состав или агрегатное состояние исходного материала. Основными методами при химико-металлургическом производстве порошков являются: восстановление окислов, электролиз металлов, термическая диссоциация карбонильных соединений.

Измельчение твердых  материалов - уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения  их под действием внешних усилий. Различают измельчение дроблением, размолом или истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение хрупких металлов и их сплавов таких, как кремний, сурьма, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием. Размол вязких пластичных металлов (медь, алюминий и др.) затруднен. В случае таких металлов наиболее целесообразно использование в качестве сырья отходов образующихся при обработке металлов (стружка, обрезка и др.).

При измельчении комбинируются  различные виды воздействия на материал статическое – сжатие и динамическое – удар, срез – истирание, первые два вида имеют место при получении крупных частиц, второй и третий – при тонком измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия выполняет работу упругого и пластического деформирования и разрушения, нагрева материалов, участвующих в процессе размельчения.

Для грубого размельчения используют щековые, валковые и конусные дробилки и бегуны; при этом получают частицы размером 1-10 мм, которые являются исходным материалом для тонкого измельчения, обеспечивающего производство требуемых металлических порошков. Исходным материалом для тонкого измельчения может быть и стружка.

Окончательный размол полученного  материала проводится в шаровых  вращающихся, вибрационных или планетарных центробежных, вихревых и молотковых мельницах.

Шаровая мельница - простейший  аппарат, используется для получения относительно мелких порошков с размером частиц от нескольких единиц до десятков микрометров.

В мельницу загружают  размольные тела (стальные или твердосплавные шары) и измельчаемый материал. При  вращении барабана шары поднимаются вследствие трения на некоторую высоту и поэтому возможно несколько режимов измельчения:

1. скольжения,
2. перекатывания,

3) свободного падения,

4) движения шаров при  критической скорости  вращения барабана.

В случае скольжения шаров  по внутренней поверхности вращающегося барабана материал истирается между стенкой барабана и внешней поверхностью массы шаров, ведущей себя как единое целое. При увеличении частоты вращения шары поднимаются и скатываются по наклонной поверхности и измельчение происходит между поверхностями трущихся шаров. Рабочая поверхность истирания в этом случае во много раз больше и поэтому происходит более интенсивное истирание материала, чем в первом случае. При большей частоте вращения шары поднимаются до наибольшей высоты и, падая вниз, производят дробящее действие, дополняемое истиранием материала между перекатывающимися шарами. Это наиболее интенсивный размол. При дальнейшем увеличении частоты вращения шары вращаются вместе с барабаном мельницы, а измельчение при этом практически прекращается.

В производстве используют несколько типов шаровых мельниц.

При более высокой  частоте воздействия внешних  сил на частицы материала применяют вибрационные мельницы. В таких мельницах воздействие на материал заключается на создании сжимающих и срезывающих усилий переменной величины, что создает усталостное разрушение порошковых частиц. Измельчение протекает интенсивнее, чем в шаровых мельницах.

Тонкое измельчение  трудно-размалываемых материалов часто выполняют на планетарных центробежных мельницах с шарами, используемыми для размола. По сравнению с шаровыми мельницами в планетарных центробежных мельницах, размол в сотни раз интенсивнее и одновременно в несколько раз менее производителен, так эта мельница периодического, но не непрерывного (как шаровая) действия с ограниченной загрузкой измельчаемого материала.