Процессы и технологии получения порошковых материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Материалы, технологии и конструирование машин»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по курсу «Процессы и технологии получения порошковых материалов»

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка гр. МТН – 11 – 1б                                    Ложкина Юлия

Проверил руководитель проекта Д.т.н., профессор                    Оглезнева С.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2014

Введение 1. Выбор материала 2. Технологическая схема 3. Обоснование методов и параметров технологических процессов      3.1 Выбор исходных  материалов      3.2 Подготовка  порошков к смешиванию      3.3.Смешивание      3.4 Прессование      3.5 Спекание 4. Выбор оборудования      4.1 Оборудование для сушки      4.2 Оборудование для просева      4.3 Оборудование для смешивания      4.4 Оборудование для прессования      4.5 Оборудование для спекания 5. Охрана труда и окружающей среды в порошковой металлургии      5.1 Основные операции ПМ и виды воздействия на персонал      5.2 Пожаро- и взрывоопасность порошков Заключение Список использованной литературы

3 4 8   10 10   10 11 11 13 15 15 15 16 17 19   20   20   22 24 25

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Производство деталей из металлических порошков относится к отрасли техники, называемой металлокерамикой или порошковой металлургией. Метод порошковой металлургии позволяет получить материалы и детали, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, заданными стабильными магнитными свойствами. При этом порошковая металлургия позволяет получать большую экономию металла и значительно снижать себестоимость изделий.

Порошковая металлургия позволяет получать металлокерамические материалы с особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья, обработки давлением.

Однако многие металлокерамические материалы и детали имеют низкие механические свойства (пластичность и ударную вязкость). Кроме того, в ряде случаев стоимость металлических порошков значительно превышает стоимость литых металлов.

Развитие порошковой металлургии обусловлено главным образом тем, что её технологические операции сравнительно просты, а достигаемый с их помощью эффект во многих случаях оказывается поразительным. Только порошковая металлургия позволила преодолеть трудности, возникшие при производстве изделий из тугоплавких (температура плавления 2000°С и выше) металлов, получать сплавы из металлов с резко различающими температурами плавления, изготавливать материалы из металлов и неметаллов или из нескольких слоёв разнородных компонентов, производить фильтрующие материалы с равномерной объёмной пористостью и успешно решать другие задачи.

Основные преимущества использования порошковой металлургии:

• снижает затраты на дальнейшую механическую обработку, которая может быть исключена или существенно уменьшена. Получает готовое изделие точное по форме и размерам. Обеспечивает высокое качество поверхности изделия;
• использует энерго- и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания;
• позволяет получать изделия с уникальными свойствами, используя многокомпонентные смеси, объединяя металлические и не металлические компоненты. Изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью;
• получает более высокие экономические, технические и эксплуатационные характеристики изделий по сравнению с традиционными технологиями.
• упрощает зачастую изготовление изделий сложной формы [1].

1. Выбор материала

Выполнение курсового проекта необходимо начать с выбора материала, из которого будет, изготавливается деталь. Для того что бы выбрать материал который будет подходить под все требования необходимо знать его тип и условия, в которых будет работать деталь изготовленная из этого материала. Выбор материала для производства детали условиями, указанными в техническом задании. В таблице 1 указано, что для производства детали «пята» необходим конструкционный материал, с условиями, что материал плотный, тяжелонагруженный с твердостью, НВ = 1500 МПа и временным сопротивлением при растяжении, σв = 700 МПа.

 

Таблица 1. Техническое задание

№	Изделие	Материал	Условия
13	Пята	Конструкционный	Плотный тяжелонагруженный НВ = 1500; σв = 700 МПа.

 

 

 

 

 

 

Для выбора материала изделия использовался ГОСТ 28378 – 89 «Материалы конструкционные порошковые на основе железа».

Физико-механические свойства и химический состав представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Физико-механические свойства [2].

Марка	Плотность, г/см3	Твердость НВ, МПа	Временное сопротивление при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %	Микроструктура
ПК40Н2Д2	7,4	1500	700	5	Феррито – перлит легированный
ПК70Д3	7,4	1600	700	3	Перлит легированный

 

Учитывая условия материала был выбран материал марки ПК70Д3 плотностью 7,4 г/см3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Химический состав материала [2]

Марка	Массовая доля элементов, %
	Fe	С	Cu	Ni	Mn
ПК40Н2Д2	Осн.	0,31 – 0,60	1 - 3	1 - 3	-
ПК70Д3	Осн.	0,61 – 0,90	1 - 4	-	-

 

Из таблицы 3, видно, что на изготовление детали из марки ПК70Д3 приходится меньше затрат порошка, чем ПК40Н2Д2.

Конструкционные порошковые стали — это спеченные материалы, используемые для замены литых и кованых сталей при изготовлении деталей машин и приборов методами порошковой металлургии.

Чем выше требования по прочности, тем меньше должна быть пористость металла. Тяжелонагруженные статическими усилиями детали изготовляют из порошков углеродистых или легированных сталей и цветных сплавов. Пористость материала не должна превышать 9%. С увеличением плотности одновременно возрастают пластичность и ударная вязкость. Изменяя пористость, можно регулировать плотность и механические свойства, подбирать материалы с заданным уровнем свойств для конкретных условий работы изделий. [3]

• Основой порошковых сталей служит железо, свойства которого при спекании оказывают большое влияние на формирование структуры и свойств стали. Наряду с порошковыми сталями порошковые изделия могут изготавливаться на основе одного железного порошка, а также железа, легированного другими элементами. Применение в качестве исходного материала чистого железного порошка при изготовлении конструкционных деталей ограничено из-за низких прочностных свойств спеченного железа. В основном оно применяется для изготовления ненагруженных деталей, различных уплотнительных изделий и т. п. Свойства таких изделий зависят от их плотности, величины и характера межчастичных границ, метода получения порошка, гранулометрического состава, удельной поверхности частиц, внутренней их рыхлости, технологии прессования (величины давления и скорости прессования), кратности прессования, температуры и времени спекания. В связи с низкой прочностью и твердостью спеченного железа, для повышения его механических свойств в железный порошок при приготовлении порошковой смеси вводят легирующие добавки (фосфор, медь, хром, никель, молибден). [4]

Согласно данным ГОСТ 9849 – 86 был выбран порошок железа ПЖВ – 1, полученный методом восстановления с классом крупности 71 и насыпной плотностью 24 г/см3. По сравнению с порошками ПЖР, ПЖВ обладают лучшей прессуемостью, что важно для получения необходимой пористости. В порошках ПЖР больше примесей – это негативно повлияет как на свойства самого порошка, так и на свойства получаемого материала. Распыленные порошки крупнее, чем восстановленные. Гранулометрический состав восстановленных порошков характеризуется маленьким размером частиц (до 100 мкм) с дендритной формой, что положительно будет влиять на процессы смешивания и прессования. Далее для сравнения рассмотрим выбранный порошок ПЖВ – 1.71.24 с порошком ПЖВ – 2.160.24 и ПЖР – 2.200.24.

Химический состав порошка должен соответствовать нормам, указанным в таблице 4.

Таблица 4. Химический состав порошков [5]

Марка	Fe	Массовая доля, %, не более
		С	Si	Mn	S	P	Потери массы при прокалывании в водороде (кислорода)	Остатка, нерастворимого в соляной кислоте
ПЖВ - 1	Основа	0,02	0,08	0,1	0,015	0,15	0,15	0,20
ПЖВ - 2	Основа	0,02	0,10	0,35	0,02	0,02	0,25	0,30
ПЖР - 2	Основа	0,02	0,05	0,15	0,02	0,02	0,50	0,30

Исходя из таблицы 4 видно, что все – таки порошок марки ПЖВ 1 изначально содержит меньше примесей и достаточно много фосфора, который не является примесью в нашем порошковом материале.

• Графит повышает прочность и твердость. Низкий коэффициент теплового расширения графита и связанная с этим высокая стойкость к температурным напряжениям является решающим фактором применения как важного и незаменимого вспомогательного материала в промышленности. Важным преимуществом при таком использовании является также его несмачиваемость полностью восстановленными металлами и нейтральными шлаками, прочность при высоких температурах. [6]

Согласно данным ГОСТ 17022 – 81 был выбран карандашный графит ГК-1, т.к. порошок малозольный, мягкий, тонкоизмельченный, без примесей кварца, железа и других жестких примесей.

• Введение меди в материал на основе железа увеличивает предел текучести и временное сопротивление материала, но несколько снижает его пластичность и вязкость, повышает сопротивляемость порошкового материала атмосферной коррозии [6].

Согласно данным ГОСТ 4960 – 75 оптимальным вариантом выбора порошков был выбран медный порошок ПМС – 1 стабилизированный. Насыпная плотность этой порошкообразной меди составляет 1,25 – 1,29 г/см3. Также порошок медный этой марки является нетоксичным и дешевым.

Итак, таблица 5 показывает какие взяли порошковые материалы для изготовления детали маркой ПК70Д3.

Таблица 5. Исходные порошковые материалы для материала маркой ПК70Д3

Материал	Марка
Железо (основа)	ПЖВ - 1
Графит карандашный	ГК - 1
Медь	ПМС - 1

 

 

Для каждой отдельной детали разрабатывается своя технологическая схема производства. Для производства детали «пята» наиболее эффективно использовать технологическую схему и материала ПК70Д3 – 74, т.к.  это позволит получить изделие обладающие всеми необходимыми характеристиками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологическая схема

Для каждой отдельной детали разрабатывается своя технологическая схема производства. Для производства детали «пята» наиболее эффективно использовать технологическую схему (рис.1) из материала ПК70Д3 – 74, т.к.  это позволит получить изделие обладающие всеми необходимыми характеристиками.