Г.А. Либенсон Производство порошковых изделий Глава I. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Каталог статей inetstati.ru
Загрузка. Пожалуйста, подождите...
Навигация по порталу
Бесплатный бонус
, , , , , , , , , , , , , , ,
Г.А. Либенсон Производство порошковых изделий Глава I. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
|Категория: |Просмотров: 3178
Г.А. Либенсон Производство порошковых изделий Глава I. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Любой порошковый материал в той или иной мере может быть конструкционным. Однако собственно конструкционными считают те, которые предназначены для изготовления различных несущих деталей машин, механизмов и приборов. Такие материалы появились в 1937г. за рубежом, когда кто-то догадался в металл замка дверной ручки автомобиля ввести графит как смазывающее вещество (без смазки дверной запор сильно скрипел, а при смазке маслом пачкались одежда и руки). Смесь порошков железа и графита была заформована в изделие за одну операцию, заменив при этом 17 требовавшихся ранее операций, выполнявшихся на металлобрабатывающих станках рабочими высокой квалификации. И уже через год детали из такой смеси вошли в состав стандартного оборудования автомобиля. В 1976г. в США на один автомобиль приходилось более сотни спеченных деталей общей массой около 11 кг, в середине 80-х годов - уже около 14кг и предполагается в ближайшие годы довести эту цифру до 25 кг. В Японии в конце 70-х годов стандартный автомобиль содержал в среднем 40 -60 порошковых деталей общей массой 3,1 кг, а в настоящее время масса таких деталей доведена до 8 кг на один автомобиль. На производство одного европейского автомобиля расходуется 3 - 5 кг порошковых деталей. В настоящее время перспективы достижения многотоннажного производства порошковых изделий связывают прежде всего с удовлетворением возрастающих потребностей машиностроения. Так, в США автомобилестроение требует 60-65% (в среднем 100-110тыс.т ежегодно), а в Японии даже до 75 % (в среднем 40 тыс.т ежегодно) выпуска порошковых деталей общемашиностроительного назначения. В последние годы в Северной Америке отмечается существенный рост потребления металлических порошков, в производстве деталей авиакосмического и электронного оборудования, а также композиционных материалов. В целом ежегодный объем выпуска конструкционных порошковых изделий в мире находится на уровне 400-450 тыс.т, а ожидаемый объем их производства (на 1995г.) оценивается в 1000-1500 тыс.т. В СССР потребность в конструкционных порошковых деталях (шестернях, зубчатых колесах, седлах и корпусах клапанов, муфтах, храповиках, собачках, эксцентриках, кулачках, шайбах, крышках, корпусах подшипников, деталях насосов и счетно-решающих устройств, дисках, втулках, фланцах и др.) превышает 60 % общего выпуска (в 1974 г. их фактическая доля составила около 40 % деталей, произведенных методом порошковой металлургии). На рис. 1 показаны некоторые из таких деталей. Таблица 1. Основные технико-экономические показатели производства 1 т стальных изделий. В связи с этим достаточно очевидно, что вопросы экономичности имеют решающее значение при определении целесообразности изготовления порошковых деталей взамен литых. В табл. 1 приведены основные технико-экономические показатели производства 1 т стальных изделий. Подсчитано, что в результате применения 1 тыс.т конструкци-оннных порошковых деталей экономится до 3 тыс.т черных и цветных металлов, высвобождается до 150 металлорежущих станков и около 250 рабочих, экономический эффект составляет 1 - 4,2 млн.руб. Но это действительно только при относительно крупном масштабе производства, так как стоимость прессового и печного оборудования достаточно высока и необходимо его использование с максимальной полнотой. Кроме того, высока и стоимость пресс-форм (особенно при сложной геометрии детали из порошка), окупающаяся только при их максимально допустимом износе (в среднем 10-50 тыс. заготовок на одну пресс-форму). На рис. 2 показана зависимость себестоимости деталей от способа и масштаба их производства, а в табл. 2 приведена структура себестоимости порошковых изделий в зависимости от их массы и марки материала. Необходимо учитывать также сложность конфигурации порошковых изделий (табл. 3, рис. 3): иногда рентабельным производство становится уже при годовом выпуске в несколько тысяч изделий (например, в случае VII группы сложности), а иногда - только при выпуске 100-300 тыс. изделий некоторых типов I - III групп сложности. В табл. 4 приведены ориентировочные величины народнохозяйственного экономического эффекта от применения порошковых изделий общемашиностроительного назначения. Одновременно с вопросами экономического характера при планировании перехода на производство того или иного типа порошковых изделий учитывают также вопросы чисто технологического порядка. К числу таких вопросов следует отнести сравнительно ограниченные возможности в отношении допусков, которые редко могут быть достигнуты простыми средствами в более узких пределах, чем 2 % по высоте и 0,5 % по диаметру или ширине изделия. У порошковых изделий из железа и стали механические свойства (твердость, временное сопротивление при растяжении, относительное удлинение), как правило, несколько ниже, чем у литых. Однако методами порошковой металлургии можно получать совершенно плотные детали с такими же механическими свойствами, как и в случае литых сплавов. Тем не менее в настоящее время экономически более выгодно производить порошковые детали с некоторой пористостью (в пределах 5-20%), хотя их механические свойства и несколько ниже. Очень часто наличие некоторого процента пор, пропитанных маслом, полезно, например в шестернях, так как снижаются трение и износ улучшается прирабатываемость и уменьшается шум во время работы. В зависимости от условий эксплуатации порошковые конструкционные детали подразделяют на мало-, умеренно-, средне- и тяжелонагруженные, а по типу материала - на детали на основе железа или цветных металлов и сплавов. На рис. 4 приведена принципиальная схема изготовления кострукционных деталей из порошков железа или материалов на его основе. Марки порошковых сталей обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы СП указывают, что сталь получена методом порошковой металлургии. Число после буквы П показывает среднее содержание общего углерода в сотых долях процента(содержание свободного углерода при этом не превышает 0,2 %). Следующие за этим числом буквы обозначают легирующие элементы: А азот, Б ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, К кобальт, М молибден, Н - никель, П - фосфор, С - кремний, Т титан, Ф ванадий, Х хром, Ц цирконий. Цифры после символа легирующего элемента указывают его среднее содержание в процентах (отсутствие цифры означает, что содержание соответствующего элемента Цветные металлы и сплавы. В табл. 7 приведена в упрощенном виде общая характеристика номенклатуры порошковых конструкционных материалов и изделий на основе цветных металлов. Марки таких порошковых материалов обозначают сочетанием буквы и цифр. Первый буквенный индекс характеризует основу материала: Ал - алюминий, Бе - бериллий, Бр - бронза, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Л - латунь, М - молибден, Мг - магний, Н - никель, О - олово, С - кремний, Св - свинец, Ср - серебро, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, ц _ цинк, Цр - цирконий. Второй буквенный индекс П указывает, что это порошковый материал. Следующие после этого индекса буквы обозначают легирующие элементы, а цифры после них - среднее содержание элемента в процентах (отсутствие цифры означает, что содержание элемента 1 %). Например, марка АлПМг2Д2Ц11-4 означает порошковый материал на основе алюминия, содержащий: 1,5-2,5% Мg; 1,8-22% Сu; 10,8-11,8% Zn, а марка МгПАл5-4 означает порошковый материал на основе магния, содержащий 4,5 - 5,5 % А1; цифра после дефиса указывает подгруппу плотности материала (табл. 8). Спеченные титановые полуфабрикаты (прутки, трубы, листы) и детали находят все большее применение в различных отраслях машиностроения, судовом и авиационном приборостроении, химической промышленности и др. В качестве исходных используют порошки, получаемые металлотермией (предпочтительнее восстановление диоксида титана гидридом кальция), электролизом, распылением или гидрированием титановых материалов. Холодное прессование порошка проводят в пресс-формах при давлениях 400 - 500 МПа, а спекание заготовок - при 1200- 1250С в вакууме. Остаточную пористость 5-10% можно устранить дополнительной обработкой заготовки давлением (ковкой, штамповкой, мундштучным формованием). Иногда титановый порошок подвергают вакуумному горячему прессованию в молибденовых пресс-формах при давлении 50 - 80 МПа. Применяют и более сложные схемы изготовления: порошок прокатывают в пористый лист, из которого горячим компактированием в газостате или горячей экструзией в оболочке получают изделие. Титаномагниевые сплавы можно получать инфильтрацией спеченного пористого каркаса из порошка титана расплавленным магнием либо прессованием заготовок из смеси порошков сплава Тi - Мg и титана с последующим спеканием их в вакууме при 950 - 1000 С. Такие сплавы, содержащие 10-80 % Мg, хорошо обрабатываются давлением (прокаткой, штамповкой, ковкой, экструзией и т.п.). В целом метод порошковой металлургии позволяет повысить использование титана при изготовлении деталей до 85 - 95 % против 20 - 25 % в случае изготовления их из литья. Широко используют детали из материалов на основе меди, например бронзографитовые шестерни, изготовление которых аналогично изготовлению железографитовых: прессование смеси порошков металлов, графита и 0,5-1 % стеарата цинка (смазки) ведут при давлении 300 - 500 МПа, а спекание - при 850 - 900 С. Наблюдается возрастание выпуска деталей из порошков латуни. Свойства их могут быть выше, чем литых, из-за большей однородности химического состава и отсутствия посторонних включений, а трудоемкость изготовления вдвое ниже. Наибольшая технологическая трудность заключается в необходимости предотвратить испарение цинка и его окисление в процессе спекания. Более целесообразно в качестве исходного применять порошок латуни заданного состава, который может быть получен, например, отжигом смеси порошков меди (ГОСТ 4960-75) и лигатуры 35 % Сu - 65 % Zn при 600 С в течение 1,5 - 2 ч, последующим измельчением в бегунах и просевом через сетку 025. Такой порошок (насыпная плотность 2,8-3,3 г/см3, текучесть порядка 25-35 с, удельная поверхность 0,05 - 0,07 м2/г) смешивают с 0,5 % стеарата цинка и прессуют при давлении 700 МПа. Спекание заготовок проводят в водороде, азоте или диссоциированном аммиаке при 850 - 900 С и изотермической выдержке 1,5 - 2 ч. В зоне охлаждения на муфеле печи образуется нарост из оксида цинка, который можно удалять периодическим повышением температуры до 1150С за счет восстановления водородом. Спеченные заготовки при необходимости калибруют. Изделия имеют временное сопротивление при растяжении 250-300 МПа, относительное удлинение 15-20%, твердость НВ 600-800 МПа, плотность 7,8-8 г/см3. Указанную технологию можно видоизменять: вместо гомогенизации (отжига) при 600 С сразу проводить спекание при 800 С заготовок из смеси порошков меди и лигатуры Сu - Zn, к которой добавлено 0,3 % Р. При этом фосфор способствует образованию жидкой фазы, подавляет диффузионную пористость, обычно возникающую из-за различия парциальных коэффициентов диффузии меди и цинка, и, в конечном счете, вызывает усадку и повышение плотности заготовок. На рис. 7 приведена технологическая схема изготовления порошковых наплавочных колец для клапанов системы газораспределения автомобильных двигателей. Такие кольца повышают срок службы Папанов в 2 - 3 раза по сравнению с вариантом без наплавки. Заметную роль в конструкциях современных машин и приборов играют спеченные материалы на основе алюминия и волокновые материалы на основе черных и цветных металлов, принципы создания, технология и свойства которых рассмотрены в 10. В табл. 9 приведены составы, физические и механические свойства конструкционных материалов, получаемых методом порошковой металлургии. РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Анциферов В.Н., Акименко В.Б. Спеченные легированные стали. - М.: Металлургия, 1983.-88с. Порошковая металлургия сталей и сплавов/Ж.И.Дзнеладзе, Р.П.Щеголева, Л.С.Голубева и др. - М.: Металлургия, 1978. - 267 с.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.
Другие новости по теме:
source
