Конструкционные порошковые материалы

7. Конструкционные порошковые материалы

Порошковыми называются материалы, изготавливаемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и размеров и последующего спекания сформированных изделий в вакууме или защитной атмосфере при температуре 0,75-0,8 Т_пл..

Преимущества порошковых материалов:

1.Возможность получения материалов с резко отличающимися свойствами их составляющих: композиций из металлических и неметаллических композитов, из компонентов, не смешивающихся в расплавленном виде (Fe-Pb, W-Cu и другие).

2.Получение материалов с особыми физическими характеристиками и структурой (пористые материалы).

3.Порошковые изделия получают в виде готовых изделий, не требующих дальнейшей механической обработки.

4.В ряде случаев спечённые материалы имеют более высокие свойства, чем литые (например, быстро режущиеся стали, жаропрочные сплавы, Be-изделия и другие).

5.Возможность использования отходов производства.

Недостатки:

1.Изготовление деталей массового использования методом порошковой металлургии целесообразно лишь при больших масштабах производства (дорогое оборудование для получения и консолидации порошков).

2.Метод порошковой металлургии рекомендуется для изготовления изделий простой формы и не содержащих отверстий под углом к оси заготовок, внутренних полостей, выступов и т.д.

Различают пористые и компактные порошковые материалы.

Пористыми называют материалы, в которых после окончательной обработки сохраняется 10-30% остаточной пористости. Эти сплавы используют главным образом для изготовления антифрикционных деталей (подшипников, втулок). Эти сплавы имеют низкий коэффициент трения (μ), легко прирабатываются, обладают значительной износостойкостью, выдерживают значительные нагрузки. Подшипники из порошковых материалов могут работать без принудительного смазывания за счет “ выпотевания “ масла, находящегося в порах.

Подшипники изготавливают из сплавов Fe и 1-7% графита (Ж Гр 1, Ж Гр 3, Ж Гр 7) бронзографита, содержащего 8-10% Sn и 2-4% графита (БрОГр10-2, БрОГр8-4 и др.).

Структура металлической основы железографитовых материалов ― перлитная, с массовой долей связанного углерода ~1% (Fe₃C).

Коэффициент трения железографита по стали при смазке 0,07-0,09. Подшипники из железографита применяют при допустимой нагрузке не более 1000-1500 Мпа и максимальной температуре 100-200°С (σ_в= 180-300 Мпа; 60-120 НВ ).

Коэффициент трения бронзографита по стали при смазке 0,05-0,07. Но допустимая нагрузка 400-500 Мпа, а рабочая температура не выше 200-250°С (σ_в= 30-50 Мпа; 25-50 НВ).

Спеченные материалы на основе Fe и Cu используют и для фрикционных изделий (дисков, сегментов) в тормозных узлах. Для повышения коэффициента трения в состав фрикционных материалов вводят карбиды Si, B, тугоплавкие оксиды и т.д.

Коэффициент терния по чугуну (без смазочного материала) для материала на Fe- основе составляет 0,18-0,40, на Cu- основе 0,17-0,25.Фрикционные сплавы на Cu- основе применяют для условий жидкостного трения в паре с закаленными стальными деталями (сегменты, диски сцепления и т.д.) при добавлении до σ ≤ 400 Мпа и скорости скольжения до V= 40 м/с с T_max= 300-350°C. Типичным фрикционным материалом на основе Cu является сплав МК 5: 4% Fe, 7% графита, 8% Pb, 9% Sn, 0-2% Ni, остальное Cu.

Для работы в условиях трения без смазочного материала (деталей тормозов самолетов, тормозных накладок тракторов, автомобилей, дорожных машин, экскаваторов и т.д.) применяют материалы на Fe- основе. Наибольшее применение получил материал ФМК-11 (15% Cu, 9% графита, 3% асбеста, 3% SiО₂ и 6% барита, остальное Fe).

Широко применяют порошковые материалы для фильтрующих элементов. Фильтры в виде втулок, труб, пластин из порошков Ni, Fe, Ti, Al используют для очистки (рафинирования) жидкостей и газов от твердых примесей.

В электротехнике и радиотехнике применяют порошковые магниты на основе Fe-Ni-Al-сплавов (типа алнико) и др. Свойства порошковых магнитов нередко выше свойств литых магнитов.

Большое применение в машинах для контактной сварки, приборах связи получили контакты из порошковых материалов. Для этой цели применяют псевдосплавы тугоплавких металлов (W и Mo) с медью (МВ20, МВ40, МВ60, МВ80), с серебром (СМ30, СМ60, СВ30, СВ50, СВ85 и другие) или с оксидом Cd (ОК8, ОК12, ОК15) и другие. Контакты отличаются высокой прочностью, электропроводностью и электроэрозионной стойкостью.

Все больше порошковая металлургия применяется для изготовления специальных сплавов: жаропрочных на Ni- основе, дисперсионно-упрочненных материалов на основе Ni, Al, Ti, Cr; сверхтвердые на основе карбидов W, Mo, Zn.

Спеченные Al- сплавы (САС) применяют тогда, когда путем литья и обработки металла давлением трудно получить соответствующее изделие. САС содержат большое количество л. э., например САС содержит 25-30% S; 5-7% Ni, остальное Al.

Из САС1 делают детали приборов, работающих в паре со сталью при Т= 20-200°С, требующих низкого коэффициента литейного расширения и малой теплопроводности.

В оптико-механических и других приборах применяют высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu (ПВ90, ПВ90Т1 и др.). Применяют гранулированные специальные сплавы с содержанием Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Zn, Ti, V и др. элементов, малорастворимых в твердом Al. Гранулы ― литые частицы диаметром от 0,1 до 10 мм. Их получают путем литья центробежным способом: капли жидкого металла, охлаждаясь в воде со скоростью 10⁴-10⁶ к/с, образуют сильно пересыщенные твердые растворы переходных элементов в Al. При последовательных технологических нагревах (400-500°С) происходит распад твердого раствора с образованием дисперсных фаз, упрочняющих сплавов.

Сейчас изготовляют большое количество порошковых конструкционных (СП10-1, СП30-1,…), мартенситно-стареющих(СПН12К5М5 Г4ТЮ и др.), коррозионно-стойких сталей (СПХ17Н12, СПХ18Н15,…) и других сталей.

В маркировке: “C”- класс материала (сталь); “П» - порошковая.

Свойства сталей, полученных из порошков после термической обработки, часто уступают свойствам сталей, полученных обычными методами. Поэтому рекомендовать порошковую технологию для стальных высоконагружаемых деталей нельзя. Вследствие этого, а также по причине высокой стоимости порошкового конструкционного материала, он (порошковая сталь) используются для малонагружаемых изделий, главным образом сложной формы.

Сплавы на основе цветных металлов (АЛП-2, АЛПД-2-4, АЛПЖ-12-4, БрПБ-2, БрПО10Ц, З-3, ЛП58Г2-2) нашли широкое применение в приборостроении и электронной технике.

В марке сплавов первая буква указывает класс материала ( “Ал”-Al, “Б”- бериллий, “Бр”- бронза, “Л”- латунь и т.д.) “П”- порошковая; число после дефиса ― плотность материала в %. “Д”-Cu, “Ж”-Fe, “Г”-Mn и др. Цифры в марке указывают состав сплава.

Так же как обычные сплавы, порошковые сплавы на основе цветных металлов обладают высокой теплопроводностью и электро - , коррозионостойкостью, немагнитны, хорошо обрабатываются.

Порошковая металлургия позволяет увеличить коэффициент использования металла и повысить производительность труда.

Экономическая эффективность достигается благодаря сокращению или полному исключению механической обработки. Но вследствие высокой стоимости пресс-форм, изготовление деталей машин методами порошковой металлургии оправдано лишь в массовом производстве.

Применение порошковых материалов рекомендуется при изготовлении деталей простой симметричной формы малой массы и растворов, и не содержащих отверстий под углом к оси заготовок, выемок, внутренних полостей, выступов.

Сайт создан в системе uCoz