Металлокерамика

 

ФГОС ВПО  «Сибирский государственный технологический

университет»

 

Лесотехнический факультет заочно-дистанционного обучения

 

 

Кафедра физики

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Тема: Металлокерамика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принял:

                 __________ Скоробогатов

(подпись)

_____________________

(оценка, дата)

 

Выполнил:

Студент группы 150405

___________ Хобовец И.Г.

(подпись)

0721385

(номер зачетной книжки)

 

 

 

                                          Красноярск 2013

                                                   Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………………..3

 

1. Основы порошковой металлургии………………………………………………………5

 

1.1 Способы получения и технологические  свойства порошков………………………..5

 

1.2 Металлокерамические  материалы……………………………………………………..6

 

2. Изготовление металлокерамических деталей………………………………………….8

 

2.1 Приготовление  смеси…………………………………………………………………..8

 

2.2 Способы  формообразования заготовок и  деталей…………………………………....8

 

2.3 Спекание  и окончательная обработка заготовок…………………………………….10

 

2.4 Технологические  требования, предъявляемые к конструкциям деталей из металлических порошков…………………………………………………………………11

3. Перспективы  развития порошковой металлургии…………………………………....11

Заключение………………………………………………………………………………...12

Список литературы………………………………………………………………………. 13

                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               ВВЕДЕНИЕ

                                     

                                  

Порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди, серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике, живописи во все известные времена. При раскопках найдены орудия из железа древних египтян (за 3000 лет до нашей эры), знаменитый памятник из железа в Дели относится и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно способов получения высоких температур (около 1600-1800 С). Указанные предметы из железа были изготовлены кричным методом: сначала в горнах при температуре 1000 С, восстановлением железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, а завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости

 

С появлением доменного производства от крицы отказались и о порошковой металлургии забыли.

 

Заслуга возрождения порошковой металлургии  и превращения в особый технологический  метод обработки принадлежит  русским ученым П.Г. Соболевскому и  В.В. Любарскому, которые в 1826 г., за три  года до работ англичанина Воллстана, разработали технологию прессования и спекания платинового порошка.

 

После первых работ П.Г. Соболевского по разработке процесса изготовления монет из порошка платины, выполненных  в России в 1826 - 1827 гг. стало развиваться  новое направление в науке - порошковая металлургия.

 

В 1924 г. Т.М. Алексеенко-Сербиным была организована первая лаборатория тугоплавких  металлов на Московском электроламповом  заводе, а затем создана мощная сеть научных учреждений, таких как  Институт проблем материаловедения АН Украины, НИИ твердых сплавов, НИИ порошковой металлургии Белорусского политехнического института, ЦНИИЧМ им. Бардина, НИИТ Автопром, ВИЛС, ВНИИЭМ, КТБ МИ, Институт титана, Гипроникель, ИМЕТ им. Байкова и другие.

 

Большое участие в решении проблем  порошковой металлургии принимают  кафедры многих высших учебных заведений - Московского института стали и сплавов, Киевского, Новочеркасского, Нижегородского, Пермского, Ереванского политехнических институтов, Харьковского университета и т.д.

 

После организации Г.А. Меерсоном  в 1923 г. на Московском кабельном заводе производства порошка вольфрама и получения в 1932 г. на Ленинградском механическом заводе первых промышленных партий порошка электролитического железа, работы ученых привели к созданию ряда оригинальных процессов изготовления металлических порошков, которые нашли применение.

 

Процесс получения железного порошка  комбинированным восстановлением  окалины газом и сажей в 1948 - 1958 гг. был положен в основу строительства  Броварского завода порошковой металлургии (Украина). В 1953 - 1957 гг. организовано производство порошков сложнолегированных сталей и сплавов методом металлотермического восстановления. Разработан метод получения легированных порошков железа диффузионным насыщением. Получены порошки карбонильным методом, механическим измельчением, исследуются процессы получения порошков восстановлением окислов, электролизом водных растворов и расплавленных сред. Внедрены методы получения металлических порошков распылением расплавов.

 

В настоящее время изготавливаются  в промышленном масштабе порошки таких металлов, как железо и его сплавы, никель, медь, кобальт, алюминий, титан, олово, цинк, свинец, магний, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и другие.

 

Существенные успехи достигнуты в  разработке теоретических основ  и технологии процессов прессования и формования изделий из порошков.

 

Первые систематические исследования выполненные в 1936 - 1937 гг. положили начало развитию работ в этой области. Исследованы  закономерности прессования в пресс-формах, процесс вибрационного уплотнения, гидростатического и изостатического, горячего, динамического и взрывного прессования, горячей штамповки, формования порошков прокаткой и т.д.

 

1926 - 1946 гг. - начало работ в области  теоретических основ процессов  спекания. Исследования в этой  области позволили оптимизировать ряд технологических режимов и создать новые процессы - например, активированное спекание вольфрама, спекание металлоалмазных композиций инструментального назначения, изготовление электроконтактных, антифрикционных и конструкционных изделий с применением пропитки расплавленными металлами и пр.

 

Первыми видами изделий из порошков, производство которых было организовано в 1918 г., были медно-графитовые щетки. В  дальнейшем создано большое количество электроконтактных материалов на основе серебра с добавками никеля, окиси кадмия, графита; на основе вольфрама с пропиткой медью и ряд других.

 

Широкое развитие получило производство твердых сплавов и инструментов из них, которое было организовано в 1928 - 1929 гг. на Московском электроламповом  заводе.

 

В 1932 г. на заводе "Электроугли" было организовано производство бронзографитовых подшипников, а в 1934 г. - железографитовых материалов.

 

В 60-х годах широко развились  работы по созданию спеченных конструкционных  материалов на железной основе, с пропиткой прессовок медью и ее сплавами, с введением в состав материала углерода в виде графита или порошка белого чугуна, с заполнением пор материала стеклом, что дало повышение прочности до 75 - 80 кг/мм кв. Применение легированных порошков в сочетании с горячей штамповкой или высокоскоростным холодным прессованием с последующим спеканием позволило получить материалы с прочностью выше 200 кг/мм кв.

 

Активно разрабатывались и другие материалы - фрикционные, уплотнительные, износостойкие, магнитные, фильтровые, инструментальные, волокновые, дисперсно-упрочненные. Созданы ряд материалов, изготавливаемых методами прокатки - токосъемные пластины, электродные ленты, биметаллическая проволока и другие биметаллические и триметаллические материалы.

 

Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции:

получение порошка исходного материала;

формование заготовок;

спекание и окончательную обработку. Каждая из указанных операций оказывает  значительное влияние на формирование свойств готового изделия.

 

1. ОСНОВЫ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

 

1.1 Способы получения и технологические  свойства порошков

 

 

Металлокерамика, или порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Сущность порошковой металлургии заключается в том, что из металлического порошка или смеси порошков прессуют заготовки, которые затем подвергают термической обработке - спеканию.

 

Порошковой металлургией можно  получать детали из особо тугоплавких металлов, из нерастворимых друг в друге металлов (вольфрам и медь, железо и свинец и т. д.), пористые материалы и детали из них, детали, состоящие из двух (биметаллы) или нескольких слоев различных металлов и сплавов.

 

Металлические порошки состоят из очень мелких частиц (0,5-500 мкм) различных металлов и их окислов. Порошки получают механическим и физико-химическим путем.

 

Для механического измельчения  твердых и хрупких материалов применяют шаровые, вибрационные мельницы и бегуны. Порошки из пластичных и легкоплавких металлов и сплавов получают различными способами, основанными на раздуве жидкого материала струей воды или газа. Механическим путем, как правило, получают порошки из отходов основного производства.

 

К физико-химическим способам получения порошков относят восстановление окислов металлов, электролиз и др.

 

Окислы металлов можно восстанавливать  газообразными или твердыми восстановителями. Наибольшее практическое применение нашли  газообразные углеродистые и углеводородистые соединения (природный газ, доменный, углекислый газ) и водород. Электролизом водных растворов солей получают тонкие и чистые порошки различных металлов и сплавов. Порошки из редких металлов (тантала, циркония, титана и др.) получают электролизом расплавленных солей. Режимы и технология изготовления порошков физико-химическим путем приведены в справочной литературе.

 

Основными технологическими свойствами порошков являются текучесть, прессуемость и спекаемость.

 

Текучесть- способность порошка заполнять форму. Текучесть ухудшается с уменьшением размеров частиц порошка и повышением влажности. Количественной оценкой текучести является скорость вытекания порошка через отверстие диаметром 1,5-4,0 мм в секунду.

 

Прессуемость характеризуется  способностью порошка уплотняться  под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Прессуемость порошка зависит от пластичности материала частиц, их размеров и формы и повышается с введением в его состав поверхностно-активных веществ.

 

Под спекаемостъю понимают прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

 

Порошковая металлургия находит  широчайшее применение для различных  условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии изготовляют  изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы.

 

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; Подшипники скольжения с эффектом самосмазывания.

 

- получает более высокие экономические,  технические и эксплуатационные характеристики изделий по сравнению с традиционными технологиями.

 

- упрощает зачастую изготовление  изделий сложной формы.

 

- обеспечивает прецизионное производство. Соответствие размеров в серии  изделий.

 

1.2 Металлокерамические материалы

 

 

Порошковой металлургией получают различные конструкционные материалы для изготовления заготовок и готовых деталей. Большое применение находят материалы со специальными свойствами.

 

Из антифрикционных металлокерамических  материалов изготовляют подшипники скольжения для различных отраслей промышленности. В антифрикционных материалах с пористостью 10-35% металлическая основа является твердой составляющей, а поры, заполняемые маслом, графитом или пластмассой, выполняют роль мягкой составляющей. Пропитанные маслом пористые подшипники способны работать без дополнительной смазки в течение нескольких месяцев, а подшипники со специальными «карманами» для запаса масла - в течение 2-3 лет. Во время работы подшипника масло нагревается, вытесняется из пор, образуя смазочную пленку па трущихся поверхностях. Такие подшипники широко применяют в машинах для пищевой промышленности, где попадание смазки в продукцию недопустимо.