Порошковая металлургия – производство металлических порошков и изделий из них, их смесей и композиций с неметаллами, а также изделий с различной степенью пористости. С помощью порошковой металлургии производят тугоплавкие и твердые материалы и сплавы, в том числе металлокерамические, пористые, фрикционные и другие материалы. Технология производства компактных изделий состоит из сле
117
дующих основных переделов: прессование заготовок из порошков; спекание заготовок; механическая обработка спеченных заготовок с получением готовых изделий. Спекание полуфабриката проводится без расплавления основного компонента, т.е. ниже температуры его плавления. Прессование заготовок небольших размеров проводят в прессформах (рисунок 8.3). Пресс-формы изготавливают из инструментальных и износостойких сталей, а для прессования применяются механические и гидравлические прессы с усилием от 1 до 5000 т. В последние годы все большее распространение находит гидростатическое прессование, сущность которого заключается в том, что порошок засыпают в эластичную оболочку и помещают в камеру прессового аппарата, заполненную жидкостью. Насосом в камере создается высокое давление, благодаря чему происходит всестороннее сжатие находящегося там порошка (рисунок 8.4).
1 – матрица; 2 – верхний пуансон; 3 – нижний пуансон; 4 – порошок.
Рисунок 8.3. Схема пресс-формы
Спекание спрессованных заготовок проводят с целью получения прочной заготовки, пригодной для последующей механической обработки. Вольфрамовые и молибденовые заготовки спекают в две стадии. Первую стадию (предварительное спекание) проводят в среде водорода при температуре 1150 –1300 С для W, и 1100-1200 С для Мо. Высокотемпературное спекание – вторая стадия процесса – называемое сваркой проводят в сварочном аппарате при температуре около 3000 С для W, и 2200-2400 С для Мо.
118
1 – насос; 2 – камера; 3 – порошок; 4 – эластичная оболочка; 5 – манометр; 6 – крышка
Рисунок 8.4 – Схема установки для гидростатического прессования порошков
В последние годы для получения спеченных заготовок тугоплавких металлов большое распространение получает горячее газостатическое прессование, совмещающее в один процесс прессование заготовки и ее спекание. Порошок или предварительно уплотненную заготовку помещают в тонкостенный металлический контейнер, герметично заваривают и помещают в аппарат горячего газостатического прессования, где он при определенной температуре подвергается обжатию инертным газом (рисунок 8.5). В таком аппарате процесс можно вести при температуре 1550-1600 С и давлении 70-140 МПа.
1 – запорная крышка; 2 – камера высокого давления; 3 – нагреватель; 4 – контейнер с прессуемым порошком; 5 – система охлаждения
Рисунок 8.5 – Схема аппарата для горячего газостатического прессования с внутренним нагревом контейнера и охлажденными стенками
119
8.5 Плавка тугоплавких редких металлов
При изготовлении заготовок массой до 3 т используют высокотемпературную плавку, для осуществления которой применяют вакуумные электродуговые, электронно-лучевые и плазменные печи. Вакуумно-дуговой переплав является одним из основных способов получения высококачественных металлов (стали, титана, вольфрама, молибдена и пр.), которые используются в специальных отраслях техники. Вакуум является защитной средой и технологическим фактором, так как он содействует очистке металла от растворенных газов. В качестве исходных продуктов используют различные продукты металлургического передела – губку, порошки. В результате их обжатия на мощных прессах получают расходуемые электроды, а при плавке тугоплавких металлов расходуемые электроды получают гидростатическим прессованием или свариванием в пакеты штабиков методом порошковой металлургии. Существует несколько разновидностей печей для вакуумно- дугового переплава, но самое широкое распространение получили печи с расходуемым электродом и глухим кристаллизатором (рисунок 8.6). Для получения особо чистых металлов и сплавов применяют метод электронно-лучевого переплава, который сочетает в себе возможность плавки металла в глубоком вакууме (1,3 10-2 Па) с нагревом до высокой температуры. Электронно-лучевой переплав эффективнее вакуумно-дуговой плавки, так как имеет независимый источник нагрева, что позволяет точнее и в более широких пределах регулировать температуру расплава. Сущность метода заключается в том, что пучок электронов, обладающих высокой энергией, бомбардирует шихту или заготовку, которая расплавляется в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Устройство, предназначенное для получения электронов, придания им больших скоростей и концентрирования потока электронов в луч с выведением его в плавильное пространство печи, называют электронной пушкой. Перспективой для получения тугоплавких металлов является плавка в плазменных печах в аргонной или аргоно-водородной плазменной струе.
120
1 – водоохлаждаемый поддон; 2 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 - соленоид; 4 – слиток; 5 – расходуемый электрод; 6 – вакуумная рабочая камера; 7 – смотровое окно; 8 – шток электрода; 9 – токоподвод; 10 – патрубок вакуумной системы
Рисунок 8.6 – Печь для вакуум-дуговой плавки с расходуемым электродом
Список литературы
1. Тарасов А.В. Общая металлургия./А.В. Тарасов, Н.И. Уткин. – М.: Металлургия, 1997. – 592 с. 2. Начала металлургии. /Под ред. В.И. Коротича. – Екатеринбург: УПИ, 2000. – 391 с. 3. Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов./ А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов. – М.: Металлургия, 1991. – 431 с. 4. Галевский Г.В. Введение в металлургию / Г.В. Галевский, М.Я. Минцис, В.В. Руднева. – Нов-к : Изд-во СибГИУ, 2003. – 173 с. 5. Еланский Г.Н. Основы производства и обработки металлов / Г.Н. Еланский, Б.В. Линчевский, А.А. Кальменев. – М. : МГВМИ, 2005. – 416 с.
121
