Формование заготовок изделий осуществляют прессованием (холодное, горячее, мундштучное, гидростатическое), прокаткой или суспензионным (шликерным) литьем. Основным методом является прессование.
Холодное прессование при прессовании металлического порошка в прессформе резко увеличивается контакт между частицами порошка, уменьшается пористость. В результате получается заготовка нужной формы и достаточной прочности.
Прессование осуществляют на гидравлических или механических прессах. В зависимости от сложности и конфигурации изделия, применяют неразъемные и разъемные прессформы с односторонним или двухсторонним прессованием.
Неразъемные прессформы применяют для изделий простых по форме, когда заготовку можно удалить выпрессовкой без разборки прессформы. Для большинства порошков степень обжатия обычно принимают равно 3, а высоту матрицы в 3-3,5 раза больше высоты заготовки.
РИСУНОК 14 без номера
Давление прессования 200-1000 МПа в зависимости от требуемой плотности заготовки, ее размеров и формы, твердости порошка и других факторов.
Давление прессования может быть значительно снижено при применении вибрационного прессования или прессования в вакууме. При вибрационном прессовании получают сложные заготовки высокой плотности с давлением примерно в 100 раз меньшим, чем при обычном прессовании.
Горячее прессование совмещает прессование заготовки и ее спекание. Позволяет получить беспористый материал со 100% плотностью. Более низкие удельные давления. Недостатки- малая производительность, большой износ прессформы.
Гидростатическое прессование. Сущность состоит в равномерном всестороннем обжатии порошка, помещенного в резиновую или металлическую оболочку. Давление жидкости 3 ГПа, вследствие чего плотность заготовки приближается к теоретической.
Можно получать не только простые изделия, но и трубки и фасонные изделия.
РИСУНОК 41 без номера
Мундштучное прессование - выдавливание через мундштук (фильеру) смеси порошка с пластификатором (до 6-12 % весовых). Прутки, трубки, полосы.
РИСУНОК 43 без номера
Прокатка металлических порошков - процесс получения ленты.
Суспензионное (шликерное) литье применяют для получения тонкостенных изделий сложной формы с внутренними полостями, которые не могут быть изготовлены другими методами.
Водную суспензию порошка (шликер) заливают в гипсовую изложницу. После поглощения жидкости стенками порошок осаждается на них, образуя тонкостенную заготовку. Сушка. Разрушение изложницы. Спекание.
Спекание
Термическая обработка, состоящая в нагревании и выдержке спрессованной заготовки при температуре ниже точки плавления всех компонентов или по крайней мере основных.
Вследствие температурной подвижности атомов между частицами возникают прочные межмолекулярные связи.
В процессе спекания протекают одновременно диффузия, рекристаллизация, ползучесть, отдых и восстановление окислов.
Температура спекания 0,6-0,9 абсолютной температуры плавления данного металла.
При более высоких температурах получают более точные изделия, быстрее заканчивается усадка и достигаются наиболее высокие механические свойства.
Выдержка при спекании 1-2ч (в среднем), колеблется от нескольких минут до суток и более в зависимости от растворов и формы изделия и спекаемости порошка.
Для спекания применяют электрические печи сопротивления, индукционный нагрев, нагрев непосредственным пропусканием тока.
Процесс спекания и охлаждения из-за повышенной склонности пористых изделий к окислению ведут в нейтральных или защищенных средах.
Дополнительная обработка - давлением и резанием, термическая и химико-термическая, нанесение покрытий, сварка, пайка и др.
Порошковые материалы
Порошковая металлургия позволяет получать изделия из тугоплавких металлов, изделия равномерной пористости, сочетать различные металлы между собой и с неметаллическими веществами.
Широкое распространение в машиностроении имеют детали, полученные из порошков железа, меди, никеля, бронзы, легированной стали и других материалов.
Производство деталей сложной формы прессованием из порошков дает экономический эффект за счет высокой производительности, отсутствия операций резания.
В машиностроении находят применение
1) конструкционные порошковые материалы на железной основе: спеченные стали (углеродистые, легированные, нержавеющие, быстрорежущие и др.
Широко используются в различных отраслях техники
2) порошковые материалы со специальными свойствами: антифрикционные, фрикционные, пористые, магнитные, вакуумные, контактные и др.
3. Металлокерамические твердые сплавы и жаропрочные материалы
Твердые сплавы. Металлокерамические твердые сплавы представляют собой композиции, состоящие из особо твердых тугоплавких соединений в сочетании с вязким связующим металлом.
Наибольшее практическое применение для изготовления твердых сплавов имеют карбиды WC, TiC, и TaC. Связующим веществом в спеченных твердых сплавах является кобальт, а иногда никель и железо.
В зависимости от состава карбидной фазы твердые сплавы разделяют на три основные группы:
1) сплавы WC-Co (типа BK)
2) сплавы WC-TiC-Co (типа TK)
3) сплавы WC-TiC-TaC (NbC) –Co (типаTTK)
Сплавы первой группы различают между собой по содержанию кобальта (2-30%) и по зернистости карбидной фазы.
Малокобальтовые сплавы (BK2, BK3, BK6,BK8) применяют для обработки резанием чугуна, цветных металлов, для волочильного и бурового инструмента, и др. инструментов, не испытывающих при работе больших напряжений и ударов.
Наиболее вязкие сплавы примерно 30% Co используют для оснащения штампового инструмента, работающего при ударных нагрузках.
Мелкозернистые твердые сплавы (BK6M) применяют при обработке твердых чугунов. Стойкость этих сплавов в 60 раз больше стойкости обычных среднезернистых сплавов одинаковой марки.
Сплавы второй группы благодаря высокой твердости и износостойкости применяют преимущественно при высокоскоростной обработке резанием сталей.
Сплавы третьей группы обычно содержат 5-15% TiC, 2-10%TaC(NbC), 5-15%Co, остальное WC. Добавка карбида титана или ниобия оказывает положительное влияние на прочность и режущие свойства сплавов. Эти сплавы применяют при черновом точении поковок и отливок при работе с ударами.