Порошковая металлургия

Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: производство порошков #Получение металлических порошков ^[⇨], смешивание порошков #Приготовление смеси ^[⇨], уплотнение (прессование, брикетирование) #Формирование порошка ^[⇨] и спекание #Спекание ^[⇨].

Порошковое железо

Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом.

История и возможностиПравить

Порошковая металлургия существовала в Египте в III веке до н. э. Древние инки из драгоценных металлических порошков делали украшения и другие артефакты. Массовое производство изделий порошковой металлургии начинается с середины 19-го века. В 1826 году Пётр Григорьевич Соболевский и Василий Васильевич Любарский разработали способ аффинажа сырой платины и превращения её в ковкий металл.^[1]

Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьём компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др.

Изделия порошковой металлургии сегодня используются в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться.

Получение металлических порошковПравить

Несмотря на разнообразие методов, является наиболее трудоёмкой и дорогой стадией технологического процесса^[2]. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависят от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.
Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.
Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
Электролитическое осаждение металлов из растворов.
Использование сильного тока, приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Изготовление порошковых изделийПравить

Типовой технологический процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: приготовление шихты (смешивание), формование, спекание и калибрование.

Приготовление смесиПравить

Смешивание — это приготовление с помощью смесителей однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими. Смешивание является подготовительной операцией. Некоторые производители металлических порошков для прессования поставляют готовые смеси.

Формование порошкаПравить

Формование изделий осуществляется путём холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Обычно используются жёсткие закрытые пресс-формы, пресс-инструмент ориентирован, как правило, вертикально. Смесь порошков свободно засыпается в полость матрицы, объёмная дозировка регулируется ходом нижнего пуансона. Прессование может быть одно- или двусторонним. Пресс-порошок брикетируется в полости матрицы между верхними и нижним пуансоном (или несколькими пуансонами в случае изделия с переходами). Сформированный брикет выталкивается из полости матрицы нижним пуансоном. Для формования используется специализированное прессовое оборудование с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.

СпеканиеПравить

Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре ниже температуры плавления металла. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность, и улучшаются контакты между зёрнами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Прессовка в итоге, в зависимости от материала и технологического режима, может превратиться в монолитное изделие или пористое спеченное изделие, технологическая связка при этом выгорает (в начале спекания).

КалиброваниеПравить

Калибрование изделий необходимо для достижения нужной точности размеров, улучшается качество поверхности и повышается прочность.

Дополнительные операцииПравить

Иногда применяются дополнительные операции: пропитка смазками, механическая доработка, термическая, химическая обработка и др.

Преимущества и недостаткиПравить

Благодаря структурным особенностям продукты порошковой металлургии более термостойки, лучше переносят циклические перепады температур и напряжений деформации, а также радиоактивного излучения.

Однако порошковая металлургия имеет и недостатки, сдерживающие её развитие: сравнительно высокая стоимость металлических порошков, необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии, невозможность изготовления в некоторых случаях заготовок больших размеров, необходимость использования чистых исходных порошков для получения чистых металлов.

ПримечанияПравить

↑ ЛЮБАРСКИЙ ВАСИЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2013. Архивировано 30 декабря 2013 года.
↑ Пономарев Ю. «Железная» пуля для АК-47 (рус.) // журнал «Калашников». — 2014. — № 1. — С. 90—95.

ЛитератураПравить

Порошко́вая металурги́я // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
Энциклопедический словарь по металлургии. / Главный редактор Н. П. Лякишев.— М.: Интермет Инжиниринг, 2000.

СсылкиПравить

Powder Injection Moulding International Архивная копия от 2 февраля 2022 на Wayback Machine (ISSN 1753—1497) комбинация делового (В2В) и научного журнала предлагающего углублённое освещение металлокерамической отрасли промышленности (порошковой металлургии).
Порошковая металлургия / М. Ю. Бальшин. — Москва : изд-во и 1-я тип. Машгиза, 1948 (Ленинград). — 286 с. : ил.; 23 см.

[1] ЛЮБАРСКИЙ ВАСИЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2013. Архивировано 30 декабря 2013 года.

[2] Пономарев Ю. «Железная» пуля для АК-47 (рус.) // журнал «Калашников». — 2014. — № 1. — С. 90—95.

[1]

[2]