Все про обработку металлов

1) Порошковой металлургией называется метод получения различных материалов и изделий из металлических порошков или из смеси металлических и неметаллических порошков путем их формования (прессования) и последующего спекания.
Технологический процесс изготовления изделий методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: получение порошков исходных материалов и приготовление из них порошковой шихты заданного химического состава; формование (прессование) порошков в заготовки требуемой формы; термическая Обработка (спекание) заготовок для придания им достаточной механической прочности и других свойств (см. ч. I —5.2).

2) Основоположником метода порошковой металлургии является русский ученый П. Г. Соболевский, который в 1826 г. получил изделия (монеты) из платины прессованием порошка платины в холодном состоянии с последующим спеканием заготовок.
3) В настоящее время порошковая металлургия как прогрессивный метод изготовления изделий все шире применяется в технике. Изделия, полученные при помощи этого метода, отличаются высокой точностью размеров и хорошей чистотой поверхности, что часто исключает необходимость дальнейшей механической обработки их. По сравнению с другими способами изготовления изделий (литьем, обработкой давлением, резанием и др.) порошковая металлургия обеспечивает большую экономию металлов, трудовых затрат, снижает себестоимость готовой продукции. Например, при изготовлении шестерни масляного насоса автомобиля из стального проката посредством механической обработки 60—65% металла уходит в стружку. При изготовлении этой же детали из смеси порошков железа (96%). меди (3%) и графита (1%) методом порошковой металлургии потери металла в отходы составляют не более 1—2%.
4) Бурное развитие порошковой металлургии объясняется также особыми технологическими преимуществами получения изделий. Она позволяет получать металлокерамические материалы с особыми свойствами (например, пористые материалы с
контролируемой пористостью), которые невозможно получить другими способами обработки. Пористые металлокерамические изделия — подшипники скольжения (см. ч.1—4.10), фильтры, антиобледенители и др. — находят широкое применение в промышленности.
Методом порошковой металлургии получают изделия из тугоплавких металлов и соединений, металлы особо высокой чистоты, изделия из композиций металлов с неметаллическими материалами (асбестом, слюдой, окислами и т. д.), сплавы из несплавляющихся друг с другом металлов (например, медь с вольфрамом), которые традиционными способами (литьем) получить часто невозможно.
7.2. Характеристика, свойства и виды металлических порошков

1) Металлические порошки состоят из большого количества мелких частиц металла или сплава. В зависимости от их размеров порошки подразделяются на ультратонкие (размеры зерен До 0,5 мкм), весьма тонкие (0,5—10 мкм), тонкие (10—40 мкм), средние (40—150 мкм) и грубые (150—500 мкм).
По форме частицы металлического порошка бывают волок-истые  (имеющие  наибольшие размеры  по  длине),  плоские (имеющие небольшую толщину) и равноосные (с примерно оди-аковыми размерами по всем направлениям). Ч Основными технологическими свойствами металлических Рошков являются: насыпной вес, текучесть и прессуемость.
Насыпной вес — вес единицы объема свободно насыпанного порошка. Он зависит от удельного веса металла и плотности заполнения определенного объема частицами порошка. Порошки с большим насыпным весом лучше прессуются и обеспечивают более плотные изделия, что требуется при изготовлении различных деталей машин. Для получения высокопористых изделий применяют порошки, имеющие малый насыпной вес.
Текучесть характеризует скорость прохождения порошка через отверстия заданного размера, она определяет скорость и равномерность заполнения пресс-формы. Текучесть зависит от удельного веса металла, размеров частиц, формы и состояния их поверхности. С уменьшением размеров частиц текучесть понижается. Частицы сложной формы и с шероховатой поверхностью имеют пониженную текучесть. Снижает текучесть порошка влага.
Прессуемость — это способность порошка приобретать под действием внешних сил заданную форму и удерживать ее. Прессуемость будет тем больше, чем выше пластичность материала частиц и чем сложнее их форм.а.
3) Изготавливаются порошки из разных металлов и сплавов. Широкое применение имеют железные порошки. По химическому составу они делятся на пять групп: 1, 2, 3, 4, 5, по размеру зерен—на четыре группы: К (крупный), С (средний), М (мелкий), ОМ (очень мелкий). Марки железных порошков обозначаются: ПЖ2К, ПЖ4С и т. д. (буквы «ПЖ» означают —порошок железный, цифра — группу по химическому составу, буквы «К», «С» — группу по зернистости).
Нашей промышленностью вырабатываются порошки из цветных металлов: медные (марки ПМА, ПМ, ПМС-1, ПМС-2), никелевые (ПНЭ-1, ПНЭ-2, ПНК-1 и ПНК-2), кобальтовые (ПК-1 и ПК-2), оловянные (ПО), серебряные (ПС-1 и ПС-2) и др.
Изготавливаются также порошки из углеродистых и легированных сталей, нержавеющей и быстрорежущей стали, латуни, бронзы и других сплавов.

7.3. Получение металлических порошков
1) Металлические порошки могут быть получены механическими или химическими и физико-химическими методами. В первом случае они образуются путем измельчения (дробления) металлов или сплавов, во втором — в результате химических превращений исходного материала.
2) К механическим методам получения порошков относятся: измельчение металлов или сплавов в шаровых, вибрационных и вихревых мельницах, распыление металлов и сплавов в жидком состоянии.
Шаровые мельницы представляют стальной или футерованный твердыми сплавами барабан, в котором размещаются в виде кусочков, стружки, опилок измельчаемый материал и тяжелые чугунные, стальные или твердосплавные шары. При вращении барабана шары поднимаются вверх и, падая на размалываемый материал, измельчают его.
В вибрационных мельницах футерованный стальной цилиндрический корпус, вращаясь на эксцентриковом валу, совершает колебательные движения. Расположенный внутри корпуса материал подвергается воздействию стальных закаленных шаров и размалывается.
В шаровых и вибрационных мельницах размалываются хрупкие материалы: кремний, марганец, хром, тугоплавкие соединения, металлы, которые можно привести в хрупкое состояние (насыщением водородом, наклепом).
Вихревые мельницы состоят из стального корпуса, в котором со скоростью до 3000 об/мин вращаются два пропеллера, создающие вихревые потоки воздуха или инертного газа. Поступающие в- мельницу кусочки металла захватываются этими потоками и, сталкиваясь между собой и с корпусом, измельчаются. В вихревых мельницах дробят вязкие и хрупкие металлы и сплавы: железо, медь, алюминий, серебро, легированные стали и сплавы.
3) Порошки из легкоплавких металлов — олова, свинца, алюминия и меди — и их сплавов, железа, стали, чугуна и ферросплавов получают путем измельчения жидкого металла. При этом методе струя расплавленного металла распыляется возду-
°м, инертным газом, паром или водой.
Применяется также метод   гранулирования,   при   котором _идкий металл каплями попадает в бак с водой и застывает в иДе мелких частичек.
Методы измельчения расплавленного металла отличаются высокой производительностью и обеспечивают получение дешевых порошков.
4) К химическим и физико-химическим методам получения металлических порошков относятся восстановление окислов металлов, электролиз, карбонильный метод и др.
Металлические порошки восстанавливаются из окислов соответствующего металла при воздействии на них водорода, окиси углерода, генераторного и конверторного газа, углерода и некоторых металлов. Этим методом получают порошки железа (из окалины), меди, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена.

Электролизом водных растворов солей или расплавленных солей можно получить тонкие и чистые порошки различных металлов и сплавов.
Карбонильный метод основан на способности некоторых металлов (железа, никеля, кобальта) образовывать при определенных условиях химические соединения с окисью углерода — карбонилы, которые затем при нагревании разлагаются с выделением металла в виде мелкого порошка (размеры частиц 1—7 мкм), отличающегося высокой химической чистотой.
ческому составу и по величине зерен порошки тщательно перемешивают в шаровых мельницах или специальных смесителях до получения однородной массы. В процессе смешивания можно вводить в шихту пластификаторы (парафин, стеарин, раствор каучука в бензине и др.), облегчающие прессование и увеличивающие прочность прессовки, легкоплавкие присадки для улучшения спекания, летучие вещества с целью получения пористых изделий.
3) Холодное прессование изделий выполняется в основном в пресс-формах на гидравлических или эксцентриковых прессах.
Изделия простой формы прессуют в неразъемных пресс-формах. Пресс-форма для одностороннего прессования (рис. 113, а) состоит из матрицы 2 с вкладышем /. В отверстие матрицы из дозирующего устройства засыпается определенная порция шихты 5, устанавливается пуансон 3. Под давлением ползуна пресса 4 шихта прессуется в заготовку 6 (рис. 113,6). После выдержки под давлением под пресс-форму ставится кольцо 7 (рис. 113,в), и под давлением пуансона заготовка выталкивается из матрицы.
Заготовки сложной формы прессуются в разъемных пресс-формах.
Извлеченная из пресс-формы прессовка за счет действия Упругих сил несколько увеличивает свои размеры (на 0,3—0,6%).
4) Получили распространение: гидростатическое прессование — обжатие металлического порошка, заключенного в резиновую или металлическую оболочку, со всех сторон жидкостью; Щндштучное прессование — выдавливание через фильеру (мундштук) смеси порошка с пластификатором (этим методом получают прутки, трубки, полосы); прокатка металлических порошков'--прессование непрерывно поступающего в зазор между вРащающимися валками порошка с образованием ленты.