Тема 4. Твердые сплавы, минералокерамические и порошковые 

                              материалы.

Металлические порошковые материалы (металлокерамика) - мате­риалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимых формы и размеров и последующего спекания[1] сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере при темпе­ратуре 0,75...0,8 tпл. Эти материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

При спекании происходят сложные физико-химические процессы (восстановление поверхностных оксидов, диффузия, рекристаллизация и др.) и образуется однородный твердый раствор. Спекание позволяет получить однородный твердый раствор даже в том случае, если в равновесных условиях при плавлении использованные компо­ненты практически нерастворимы друг в друге.

В процессе получения металлических порошковых материалов после холодного прессования материалы, а также заготовки и детали из них обладают невысокой прочностью. Спекание снимает остаточные на­пряжения и изменяет физические свойства, улучшая механические. Од­нако увеличение температуры и продолжительности спекания приводит к росту зерен, что может снизить, механические свойства изделия.

Порошковые металлические материалы делят на:

- компактные

- пористые.

Пористыми называют материалы, у которых после окончательной обработки сохраняется 10 – 30% остаточной пористости.

Механические свойства изделий из металлических порошков во многих слу­чаях не уступают свойствам изделий, по­лученных обычными металлургическими методами, но сильно зависят от пористо­сти и содержания кислорода. Увеличение пористости и содержания кислорода за­метно снижает ударную вязкость и проч­ность изделий. Для высоконагруженных деталей порошковые стали, например, не применяются. Пористые материа­лы главным образом используются для изготовления фильтров и как анти­фрикционные материалы.

Металлические порошковые материалы, как и металлы, подвергают химико-термической обработке (азотированию, хромированию, циани­рованию и др.), но процессы в этом случае протекают более активно ввиду наличия пористости и, следовательно, более развитой поверхности.

К достоинствам металлических порошковых материалов относят увеличение коэффициента использования металла, повышение произ­водительности, возможность получить сплавы с особыми физическими свойствами (литьем нельзя получить, обеспечив необходимый химиче­ский состав).

Недостатком металлических порошковых материалов яв­ляется то, что при существующей технологии изделия из них должны быть простой симметричной формы, иметь небольшую массу и разме­ры. Конструктивные формы детали не должны содержать отверстий под углом к оси заготовки, выемок, внутренних полостей и выступов. Конструкция и форма детали должны обеспечивать возможности рав­номерного заполнения полости пресс-формы порошками, их уплотне­ния, распределения напряжений и температуры при прессовании и удаления изделий из пресс-формы.

Металлические порошковые материалы по назначению классифи­цируют на:

конструкционные;

инструментальные (твердые сплавы) спла­вы;

сплавы специального назначения с особыми свойствами.

 Конструкционные металлические порошковые материалы

Конструкционные металлические порошковые материалы по назна­чению классифицируются на:

• антифрикционные,

• фрикционные;

• жаро- и высокопрочные;

• фильтрующие (фильтры, фазоразделители, распределители газовых
и жидкостных потоков, глушители звуковых и механических колебаний, огнепреградители и др.);

• капиллярно-пористые (испарители, конденсаторы, капиллярные
структуры тепловых труб, капиллярные насосы и др.);

• со специальными свойствами (пористые аноды, пластины аккумуляторных батарей, заменители костной ткани, катализаторы, каталитич-
но-диффузионные мембраны и др.).

 

Антифрикционные металлические порошковые материалы имеют низкий коэффициент трения, легко прирабатываются, выдерживают значитель­ные нагрузки и обладают хорошей износостойкостью. Подшипники из порошковых сплавов могут работать без принудительного смазывания за счет выпотевания масла, находящегося в порах. К антифрикцион­ным металлическим порошковым материалам относятся железографит и бронзографит.

Железографит — пористый металлический порошковый антифрикцион­ный материал, состоящий из железа (95...98%) и графита (2...5%); поры железографита заполнены маслом.

Добавка к железографитовым материалам серы (0,8...1%) или сульфидов (3,5...4%), об­разующих сульфидные пленки на трущихся поверхностях, уменьшает износ и прихватываемость сопряженных деталей, улучшает прирабатываемость.

Основные потребительские свойства железографита: _в=180...300 МПа, НВ 60...120; kтр = 0.07...0.09 (со смазкой); R_э= 100...200°С.

Железографиты (например, ЖГр1, ЖГрЗ, ЖГр7, содержащие 1...7% гра­фита) используются для изготовления подшипников и втулок для различных узлов машин и механизмов.

Бронзографит - пористый металлический порошковый материал, со­держащий частицы графита (1,5...3%), равномерно распределенные между частицами бронзы (до 9% п); поры бронзэографтита заполнены маслом.

По микроструктуре брозографит представляет собой зерна твердого раствора олова в меди с включениями графита и порами, заполненными смазкой.

Основные потребительские свойства бронзографита: в = 30 – 50 МПа, НВ 25.. .50; kтр = 0,05...0,007 (со смазкои), tэ = 200 - 250ºC.

Бронзографигы (например, БрОГр10-2; БрОГр8-4) в основном исполь­зуются для изготовления втулок для подшипников скольжения.

Наиболее существенной при эксплуатации изделий из антифрикци­онных порошковых сплавов является допустимая нагрузка. Так, для железографитов она допускается до 1000... 1500 МПа, а для бронзографитов — в пределах 400...500 МПа.

 

Фрикционные[2] металлические порошковые материалы по химическому составу принадлежат системе Fе — Си. При этом основным компонен­том может быть как железо, так и медь. Указанные материалы имеют повышенную хрупкость и низкую прочность. Для упрочнения фрикци­онные материалы изготовляют в виде тонких секторов (сегментов, по­лос) и крепят на стальной основе.

Более высокими потребительскими свойствами обладают материалы на железной основе с добавлением кроме меди различных легирующих компонентов — карбидов кремния, бора, тугоплавких оксидов и др.

Фрикционные металлические порошковые материалы на железной ос­нове используются для изготовления деталей тормозов, тормозных накла­док и др., эксплуатирующихся без смазочного материала. Наибольшее при­менение получил материал ФМК-11 (15% Сu, 9% графита, 3% асбеста, 3% SiO₂ и 6% барита). На медной основе такие материалы применяются для изготовления сегментов и дисков сцепления при жидкостном трении в паре с закаленными стальными деталями и обладают следующими потребитель­скими свойствами: нагрузка — до 400 МПа; скорость скольжения — до 40м/с; t_Э=300...350°С.

 

Жаропрочные и высокопрочные металлические порошковые материалы изготавливают на основе никеля, алюминия, титана, хрома, а также карбидов вольфрама, молибдена, циркония и других тугоплавких ме­таллов. Эти материалы применяются для изготовления таких деталей, химический состав которых нельзя получить литьем.

 

Фильтры из металлических порошковых материалов изготавливают на основе никеля, железа, титана, алюминия, а также коррозионно-стойких сталей, бронз и т.д. Основными потребительскими свойствами этих материалов являются пористость (р = 45...50%) и максимальный диаметр канала фильтрации (d_к=2...20 мкм). По сравнению с суще­ствующими проницаемыми материалами на органической (войлок, бу­мага, ткань, полимер) и неорганической (керамика, асбест, стекло) основах фильтры из металлических порошковых материалов характеризуются большими проницаемостью, причностью, способностью к регенерации. Они коррозионостойки и жаропрочны, могут работать при температурах более 1000ºC.

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: