4.9. Технологія порошкової металургії

Порошкова металургія – це галузь техніки з виготовлення порошків із металів і їхніх сплавів й одержання з них заготовок і виробів без розплавлювання основного компонента. Таким способом можна створювати матеріали з різноманітних компонентів із властивостями і температурами плавлення, що різко різняться, нові матеріали з різноманітним комплексом фізико-механічних властивостей. Порошкова металургія використовується як для створення принципово нових матеріалів і виробів із них, так і для виготовлення найширшої номенклатури конст­рукційних деталей загального призначення.

Процес виготовлення деталей із порошкових матеріалів полягає в одержанні порошку вихідного матеріалу, упорядкуванні шихти, пресуванні й спіканні виробів. Методами порошкової металургії одержують:

• тверді сплави для різального, бурового, волочильного інструменту, а також деталі, що піддаються інтенсивному зношуванню;

• високопористі матеріали для виготовлення фільтрів, використовуваних для очищення рідини від твердих включень, пилюки, повітря, газу і т.д.;

• антифрикційні матеріали для виробництва підшипників ковзання, втулок, вкладишів та інших деталей, що працюють у важких умовах експлуатації;

• фрикційні матеріали для одержання деталей вузлів тертя, зчеплення і гальмових систем машин;

• жароміцні й жаростійкі матеріали для виробів, що працюють в умовах високих температур і дуже агресивних газових середовищ;

• матеріали складних композицій (псевдосплавів) для виготовлення електричних контактів, які неможливо одержати іншими засобами;

• магнітні матеріали для виготовлення постійних магнітів, магніто-електриків, феритів і т. ін.

Одержання металевих порошків є найважливішою операцією технологічного процесу виготовлення деталей і порошкових матеріалів, від яких залежать їхні основні властивості.

В даний час відомі різноманітні методи виготовлення порошків, кожний із яких забезпечує визначені характеристики. Всі відомі способи виробництва порошків умовно розділяють на механічні й фізико-механічні.

Механічні методи одержання порошків – роздрібнення і розмелювання, розпилення, гранулювання – характеризуються переробкою матеріалів у порошок без зміни їхнього хімічного складу.

Фізико-хімічні методи – відновлення, термічна дисоціація карбонатних з’єднань – відзначається тим, що одержуваний порошок за хі­міч­ним складом істотно відрізняється від вихідного матеріалу.

Іноді з метою поліпшення характеристик матеріалу застосовують комбіновані методи одержання порошків: при розпиленні розплавлений метал спочатку гранулюють, потім обпікають у захисному середовищі водню, при електролізі одержують щільні, але крихкі продукти, що потім розмелюють.

Технологічними властивостями порошків є: насипна щільність, текучість, пресованість і формованість.

Насипна щільність – відношення маси вільно насипаного порош­ку до його обсягу. Чим більші частки і правильніша їхня форма, тим більша насипна щільність порошку.

Текучість порошку визначається швидкістю його витікання через отвори заданого розміру. Добра текучість порошку необхідна для швидкого і рівномірного заповнення ним прес-форми.

Пресованість порошків – це їх спроможність ущільнюватися при формуванні виробів залежно від тиску.

Формованість порошку характеризується спроможністю заготівок зберігати задану форму після ущільнення порошку за мінімальним тиском.

Від технологічних властивостей порошків залежить їхнє дозування, заповнюваність порожнин прес-форм, процес пресування виробів і їхньої усадки після спікання.

Фізичні властивості порошків характеризуються формою часток, гранулометричним складом порошків, їхньою питомою поверхнею і мікротвердістю часток. Ці властивості порошків істотно впливають на щільність, міцність і однорідність властивостей формованих виробів, тиск пресування, а також на процеси ущільнення і спікання порошкових матеріалів.

Виготовляють шихту в млинах, змішувачах і т. ін., пресування здійснюють у сталевих прес-формах, спікання – у три етапи (при температурі 150°С, при половинній температурі плавлення і при температурі, яка більша за температуру рекристалізації) у печах різноманітного типу, що працюють періодично або безупинно.

За необхідності порошкові вироби піддають оброблювальним операціям: калібруванню, обробці різанням, термічній і хіміко-термічній обробці, повторним спіканню і пресуванню (для виробів складної форми).

Застосування методів порошкової металургії для виготовлення виробів дозволяє досягати високої продуктивності праці і значної економії коштів як за рахунок підвищення якості й міцності виробів, так і за рахунок зниження втрат металу. Вироби, виготовлені методами порошкової металургії, мають вищі якості, ніж вироби, отримані на металорізальних верстатах. Порошкова металургія дозволяє створювати матеріали і вироби з особливими властивостями, яких не можна одержати за допомогою інших методів.

В Україні виробництво порошків налагоджено на Броварському заводі порошкової металургії.