Лекция №10.
Порошковые сплавы.
1.Общие сведения. Получение металлических порошков. Формирование
и спекание.
2.Отделочные операции. Номенклатура порошковых деталей.
3.Коррозионно-стойкие сплавы. Жаростойкие сплавы.
Общие сведения.
Методы порошковой металлургии позволяют получать сплавы из
металлов, не растворяющихся друг в друге при расплавлении, а также
сплавы из тугоплавких металлов. Порошковая металлургия позволяет
получать пористые материалы и детали из них, а также детали,
состоящие из двух (биметаллы) и более слоев различных металлов и
сплавов.
Технологический процесс производства изделий методом порошковой
металлургии состоит из следующих основных операций:
142
-получение металлического порошка или смеси порошков разнородных
материалов.,
-формирование и спекание.,
-отделочные операции.
Получение металлических порошков.
Металлические порошки получают механическими и физико-
химическими методами.
При механических методах порошки вырабатывают измельчением
(дробление, размол) твердых или распылением (кинетической энергией
воздуха, воды, инертных газов) жидких металлов без изменения их
химического состава.
При физико-химических методах происходит изменение химического
состава и свойств исходного материала (химическое восстановление
металлов из окислов, электролиз расплавленных солей и др.).
Характеристиками основных технологических свойств порошков
являются:
-насыпная масса- масса 1см³ свободно насыпанного порошка в
граммах. Для изготовления высокопористых изделий (фильтры)
используют порошки с малой насыпной массой, а для нагруженных
деталей- с большой насыпной массой.,
-текучесть- способность порошка заполнять форму, в большой степени
влияет на равномерность заполнения формы порошком и на скорость
уплотнения при прессовании.,
-прессуемость- способность порошка уплотняться под воздействием
внешней нагрузки., характеризуется прочностью сцепления частиц
порошка после прессования.,
-спекаемость- прочность сцепления частиц, возникающая в результате
термической обработки прессованных заготовок.
Формирование и спекание.
Формирование заготовок и изделий производится прессованием
порошков в холодном или горячем состоянии, прокаткой или другими
способами.
При холодном прессовании в пресс-форму засыпают порошок (смесь)
и рабочим пуансоном производят прессование на гидравлических или
механических
(эксцентриковых,
кривошипных)
прессах.
Усилие
прессования достигает 1000 Мпа в зависимости от состава порошка и
назначения изделия.
При горячем прессовании в пресс-форме изделие не только
формируется, но и подвергается спеканию, что позволяет получать
беспористый материал с высокими физико-механическими свойствами.
143
Прокатка металлических порошков является непрерывным процессом
получения изделий в виде лент, полос, проволоки путем
деформирования в холодном или горячем состоянии.
Сначала порошок из бункера поступает в зазор между
вращающимися обжимными валками и формируется в заготовку,
которая направляется в проходную печь для спекания, а затем
прокатывается в чистовых валках под размеры готового изделия.
Прокаткой можно получить однослойные и многослойные изделия.
Спекание металлических порошков придает заготовкам и изделиям
необходимую прочность и твердость. Операция спекания состоит в
нагреве и выдержке изделий некоторое время в печи при
температуре, примерно равной 0,6-0,8 от температуры плавления
основного комопнента.
Таблица-10. Показатели консрукционных порошковых материалов
Степень
загрузки
детали
Плотность
материала
Пористность
материала
Предел
прочности,
%
Пластичность
не
рыхлых
материалов,%
Прочность
порошковых
стали,
кг/м
3
Малый
загружных
1
25-16
30-45
25-35
6000-6600
Примерные
загружных
2
15-10
45-65
35-65
6700-7100
Средный
загружный
3
9-2
65-95
60-90
7200-7700
Тежелый
загружный
4
2-больше
95-100
90-100
7700 больше
Отделочные операции.
Отделочные операции придают изделиям окончательную форму и
точность размеров. Готовые изделия после спекания подвергают
операциям: калибрования, обработки резанием, химико-термической
обработки и повторного прессования.
Повторное прессование используют для изготовления деталей
сложной формы. Повторным прессованием обеспечиваются заданные
размеры и требуемая форма изделия, когда первым прессованием
формируется заготовка с приближенными размерами и более простой
формы.
Машиностроение является основным потребителем порошковых
деталей. На долю машиностроительных деталей приходится до 80%
всего объема производимых конструкционных порошковых деталей.
144
Для изготовления деталей используют восстановленные и
распыленные порошки углеродистой и низколегированной стали. При
необходимости применяют цементацию, закалку нагревом токами
высокой частоты (ТВЧ) или объемную закалку, обработку паром для
повышения коррозионной стойкости и дополнительно износостойкости.
Номенклатура порошковых деталей.
В настоящее время на автомобилях применяют следующие
порошковые детали: шкивы распределительных валов для
зубчатоременных передач, ступицы и конусы синхронизаторов, ведущие
шестерни масляного насоса, крышки корпуса подшипников коленчатого
вала, детали узла управления с усилением, гильз цилиндров, сборных
распределительных валов, различных типов коромысел и седел
клапанов. Исследуются возможности изготовления из порошковых
материалов дверных петель, вилок и скользящих муфт коробки
передач.
Коррозионно-стойкие сплавы.
При эксплуатации в коррозионных средах металлические сплавы
подвержены самопроизвольному разрушению (коррозии), что
объясняется их высокой электропроводимостью и химической
активностью.
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение
металлических материалов вследствие химического или
электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.
В зависимости от условий, в которых протекает процесс коррозии,
различают атмосферную, почвенную, морскую, кислотную и щелочную
коррозию. По характеру разрушения различают равномерную и
местную коррозию. Для различных видов местной коррозии
используют следующие понятия.
Контактная коррозия- усиленное коррозионное разрушение более
электроотрицательного металла в контакте с более
электроположительным.
Межкристаллитная коррозия- хрупкое коррозионное разрушение по
границам кристаллов, возникающее в результате структурных
превращений при обработке и эксплуатации.
Точечная коррозия -местный вид коррозионного разрушения в
электрохимически неоднородной коррозионной среде.
Коррозионная выносливость- коррозионное разрушение под влиянием
циклических нагрузок и электрохимического воздействия среды.
Коррозионно-стойкими называют стали, в которых процесс коррозии
развивается медленно.
Традиционные методы коррозионной защиты- нанесение на внешние
поверхности деталей защитных покрытий (эмалевых, лакокрасочных,
оксидных)- не дают удовлетворительной стойкости при эксплуатации
145
изделий в активных средах (влажная атмосфера в сочетании с высокой
температурой эксплуатации, кислотная или щелочная среда).
Коррозионно-стойкими являются высоколегированные стали с
содержанием хрома не менее 13%, что обеспечивает образование на
поверхности металла защитной пленки.
Коррозионно-стойкие стали.
В зависимости от структуры, которая образуется после
высокотемпературного нагрева и охлаждения на воздухе, различают
мартенситные, мартенситно-ферритные, аустенитные и аутсенитно-
мартенситные стали.
В настоящее время разработаны промышленные способы
легирования жидкой стали азотом, что привело к созданию нового
перспективного класса коррозионной-стойких высокоазотистых сталей,
отличающихся высокой механической прочностью.
Аустенитные стали (марки 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Б-
хромоникелевые.,
10Х14АГ15,
10Х14Г14Н4Т-
хромомарганцевые)-
наиболее универсальные в использовании стали. Они обладают
высокой пластичностью и вязкостью, удовлетворительными литейными
свойствами и удовлетворительной свариваемостью.
К недостаткам этих сталей можно отнести:
-низкие значения предела текучести и плохую обрабатываемость
резанием.,
-восприимчивость к коррозионному растрескиванию и точечной
коррозии.
Аустенитно-ферритные стали (марки 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М5Т) имеют
оптимальный комплекс механических свойств. Они прочнее
аустенитных сталей в 1,5-2 раза. Изделия из этих сталей можно
эксплуатировать при температурах не выше 350ºС.
Аустенитно-мартенситные стали (марки 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, имеют
высокую прочность и высокую ударную вязкость.
Ферритные стали (марки 08Х13, 12Х17Т, 15Х25Т) не упрочняются
термической обработкой. После отжига стали имеют умеренную
прочность (250-300 МПа) и пластичность. Основным недостатком этих
сталей является резкое охрупчивание после нагрева свыше 1000ºС, что
затрудняет их сварку.
Мартенситные стали (марки 20Х13, 30Х13, 20Х17Н2) обладают
хорошими
прочностными
свойствами,
удовлетворительно
обрабатываются резанием, рекомендуются к использованию в
слабоагрессивных средах (пресная вода, разбавленные растворы кислот
и солей.).
Жаростойкие сплавы.
Жаростойкость- способность сплава сопротивляться коррозионному
воздействию высокотемпературной газовой среды.
146
При низких температурах (20-25ºС) на поверхности металла
появляется защитная оксидная пленка толщиной 3-10 нм (1нм=10 м).
Кристаллическая решетка оксида подобна кристаллической решетке
металла.
При нагреве толщина оксида увеличивается, и кристаллическая
решетка приближается к решетке компактного оксида. При этом
возможны как недостаток ионов металла и кислорода в узлах
решетки, так и избыток ионов между узлами, занятыми ионами
кислорода. Это ускоряет диффузионные процессы в оксидной пленке и
ухудшает ее защитные свойства.
Легирование металла элементами с большей активностью к
кислороду, чем основной металл, приводит к накапливанию ионов
легирующих металлов в оксидном слое, уменьшению дефектности
кристаллической решетки оксида и повышению защитных свойств
оксидной пленки.
Чистые металлы имеют различную жаропрочность.
Магний имеет плохую жаропрочность, что связано с появлением
рыхлой оксидной пленки. Ниобий, тантал, молибден, вольфрам имеют
плотную оксидную пленку, но при нагреве до 550ºС пленка
растрескивается, а оксид молибдена испаряется.
Для титана и циркония характерна большая растворимость
кислорода при нагреве. Оксиды этих металлов теряют кислород и при
температуре 700-800ºС оксид становится рыхлым и скорость
окисления возрастает.
Медь, никель, кобальт и железо обладают удовлетворительной
жаропрочностью. При нагреве до 700-800ºС увеличивается дефектность
решетки оксидов и скорость окисления возрастает.
Алюминий, хром, бериллий обладают хорошей жаропрочностью, так
как имеют малое химическое сродство к кислороду.
Жаростойкость стали повышают легированием хромом (до 30%),
кремнием (до 2%) и алюминием (до 5%). Марки жаростойких сталей
08Х17Т, 15Х28, 20Х23Н18.
Основным легирующим элементом является хром, так как
легированные оксиды железа заменяются оксидами хрома. Содержание
кремния и алюминия в сталях ограниченно, так как эти элементы
приводят к охрупчиванию и ухудшению пластичности сплава. Этот
недостаток можно исключить за счет поверхностного легирования.
Жаростойкость латуней и бронз выше жаростойкости чистой меди.
Большинство легирующих элементов в медных сплавах обладают
большим химическим сродством к кислороду, чем медь. При нагреве
легирующие элементы образуют собственные оксиды, обладающие
лучшими защитными свойствами. Наибольшую жаростойкость
показывают медные сплавы, легированные алюминием и бериллием.
147
Титановые сплавы поглощают кислород, поэтому на их поверхности
не образуется защитных оксидов. Повысить жаростойкость сплавов
можно только в случае применения жаростойких покрытий.
Достарыңызбен бөлісу: |