| |||||
МЕНЮ
| Порошковая металлургия и свойства металлических порошковПорошковая металлургия и свойства металлических порошков
История развития ПМ в России. Основным стимулом зарождения и
развития ПМ до сих пор являлась потребность в новых материалах,
невозможность их получения и обработки с помощью традиционных методов. Основные области применения ПМ. Порошковые материалы используются практически в любой области техники, и объем их применения непрерывно расширяется. Это связано как с возрастающей ролью, которую выполняют материалы вообще, так и со специфическими особенностями, присущими только порошковым материалам. Так, развитие электронной техники было бы невозможно без развития производства полупроводников, то же можно сказать в отношении космической техники, ядерной энергетики. Спеченные антифрикционные материалы позволили повысить надежность и долговечность узлов трения, снизить потери на трение, заменить дорогостоящие подшипники качения, на подшипники скольжения или баббиты и брынзы на железографитовые псевдосплавы. Разработка материалов твердыми смазками сделала возможным их применение в устройствах, где использование жидких смазок вообще не допустимо, например в пищевой промышленности, при высоких температурах. Пористые порошковые материалы широко используются в узлах трения,
фильтрах, тепловых трубах, уплотнениях. Тугоплавкие и твердые бескислородные соединения и материалы на их основе-карбиды, бориды, нитриды, силициды и другие - находят применение благодаря своим уникальным свойствам во многих отраслях промышленности, например инструментальной. Твердые сплавы - важнейшие широко распространенные порошковые материалы, при получении которых в полной мере реализуются возможности ПМ : получение композиционных материалов из компонентов с резко различной температурой плавления, достижение уникального комплекса физико – механических свойств, безотходная технология. Применяются твердые сплавы в инструментальной промышленности, буровой технике, при обработке давлением. Материалы для современной атомной энергетике должны выдерживать экстримальные механические и термические нагрузки с одновременным воздействием физических факторов, они используются в качестве поглощающих и замедляющих элементов, а так же топлива. Определенную их часть составляют порошковые материалы. Эрозионностойкие материалы должны сочетать разнообразные и необычные свойства изделий и обеспечивать их работоспособность в очень тяжелых условиях эксплуатации. Примером могут служить турбины, где наиболее напряженной деталью является сопловой вкладыш, рабочая температура на поверхности составляет 3500-3600°С. . С увеличением связности частиц увеличиваются затраты на формирование
изделий, но уменьшается вероятность взаимодействий материала с внешней
средой и затраты на его защиту. Порошок, являющийся исходным материалом для Физика и химия поверхности порошков. Поверхность твердого тела
является зоной, где межатомные связи не скомпенсированы. Сорбция –
поглощение вещества из окружающей среды твердыми или жидкими телами. Микроструктура поверхности. Идеализированные поверхности можно разделить на три типа: сингулярные, вицинальные и диффузионные. Сингулярные поверхности раздела фаз отличаются от диффузионных количеством атомных молекулярных слоев, параллельных поверхности кристалла, в которых осуществляется переход от кристалла к пару. Реальные поверхности содержат так называемые поверхностные дефекты, то есть такие нарушения в идеальном расположении атомов, которые имеют большую протяженность в двух направлениях и незначительную - в третьем. Объемные дефекты частиц порошков. Наряду с точечными линейными и поверхностными, присуще структуре литых металлов. Они имеют размеры одного порядка в трех измерениях и несколько порядков превышают размеры точечных дефектов. К этому виду дефектов литых металлов относятся субмикропоры, являющиеся результатом изотропного роста скоплений вакансий, субмикропузыри, сегрегации и так далее. С уменьшением размеров тел (частиц) влияние этих факторов возрастает, одновременно увеличивается интенсивность взаимодействия с окружающей средой, приводящая к повышению газонасыщенности и окисленности металла. Все это вызывает увеличение количества объемных дефектов в порошковых частицах по сравнению с литыми и обработанными давлением металлами. Неметаллические включения- это преимущественно оксиды основного (железа) и примесных элементов.Поры в исходных частицах могут быть только внутренние, они мелкие, возникают при получении порошка за счет усадки, газообразования, механического воздействия(трещины) и др. Химические свойства порошков. К химическим свойствам металлических порошков относятся их химический состав, газонасыщенность, пирофорность, токсичность, взрывоопасность. Химический состав оценивают содержанием основных компонентов, примесей или загрязнений и газов. Зависит он от состава исходных материалов и метода получения порошков. Предельное содержание примесей в порошках определяется их допустимым количеством в готовой продукции. Химический анализ по методикам, принятым для общего анализа металлов. Исключением является лишь определение содержания кислорода. Газонасыщенность- характерная особенность порошков. Содержатся газы на поверхности частиц (адсорбированные) и внутри их, попадая в процессе изготовления и при разложении добавок.Ухудшаются условия прессования (хрупкость) и спекания (коробления). Физические свойства. К физическим свойствам порошков относятся:
форма частиц, их размер, удельная поверхность, плотность, микротвердость. Адсорбционные методы делятся на статические и динамические. Во
первых измерения производят по достижении равновесия газ - твердое тело, во Технологические свойства. Это угол естественного откоса, насыпную
плотность, плотность утряски, текучесть, уплотняемость, прессуемость и
формируемость. Формируемость порошка в основном зависит от формы, размера и
состояния поверхности частиц. Аутогезия зависит от природы частиц, их
размеров, состояния поверхности, параметров среды, в которой они находятся. 1. Изменение поведения нелинейных механических систем: появление новых положений равновесия и видов движения, смена характера положений равновесия, изменение собственных частот малых колебаний.
Общая характеристика методов получения порошков и их классификация. Физические основы измельчения материалов. Механическим измельчением
можно превратить в порошок практически любой металл или сплав. Оно широко
используется в ПМ. Под измельчением понимают уменьшение начального размера
твердого тела путем разрушения его под действием внешних усилий,
преодолевающих внутренние силы сцепления. В момент разрушения напряжения в
деформируемом теле превышает некоторое предельное значение. Согласно теории
дробления, предложенной П.А.Ребиндером, работа ?изм , затрачиваемая на
измельчение: в общем случае яляется суммой двух энергий: энергии,
затрачиваемой на образование новых поверхностей dWs и энергии,
расходуемой на деформацию объема dW? . Практика измельчения, обработка резанием. Специальное получение стружки
или опилок для последующего изготовления из них изделий невыгодно и поэтому
на практике его применяют крайне редко. Резание металла – сложный процесс
взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом
физических явлений. В срезаемом слое возникают вначале упругие, затем
пластические деформации, приводящие к сдвигу и разрушению, то есть
скалыванию элементарного объема металла под углом ? к направлению подачи и
образованию стружки. Тип стружки зависит от свойств обрабатываемого
материала. При обработке хрупких металлов образуется элементная стружка Измельчение в шаровых вращающихся, вибрационных и планетарных
мельницах. Измельчение в шаровых вращающихся мельницах может быть
самостоятельным способом превращения материала в порошок или дополнительной
операцией при других способах получения порошков. В шаровой мельнице
материал истирается между внутренней поверхностью барабана и внешней –
шарового сегмента, между шарами или дробится ударами. Измельчение в шаровых
вибрационных мельницах обеспечивает быстрое и тонкое измельчение таких
материалов, как карбиды титана, вольфрама, кремния, хрома, бора, ванадия. Измельчение ультразвуком. Измельчение ультразвуком производят в среде, где распространяются упругие волны, образующиеся при периодическом чередовании сжатия и разрежения этой среды с частотой свыше 16000 Гц В жидкой среде возникает кавитация, то есть разрывы из- за действия на жидкость растягивающих усилий. Диспергирование ведут в воде, спирте, ацетоне. Генерирование ультразвуковых колебаний производится с использованием магнитострикции и обратного пьезокварцевого эффекта. Диспергирование расплавов. Эти методы квалифицируются по трем
признакам. Основы теории, практика распыления – механические, электрические
методы, распыления газовым потоком и водой. Механические методы распыления Электрические методы Электроимпульсный метод заключается в воздействии
электрического импульсного тока на струю пульпы или расплава. Накопитель
энергии – конденсатор – заряжается от источника постоянного или переменного
тока. При определенной величине заряда пробивается промежуток, и вся
накопленная за время ? энергия выделится за время ?0 в рабочем промежутке
и элементах цепи разрядного контура. Электродуговое распыление
осуществляется следующим образом. Пруток металла, подлежащего распылению,
служит катодом. Анод выполняется в виде водоохлаждаемого полого цилиндра. Распыление газовым потоком. В инженерном отношении возможно осуществление трех основных схем разрушения струи: соосным потоком газа, потоком под углом, поперечным потоком. При распылении струи расплава можно выделить три структурные зоны: не распавшуюся сплошную часть струи; зону разделения струи на отдельные волокна, пряди, нити, капли; зону окончательного формирования частиц, интенсивного протекания теплообменного и других процессов. Распыления жидкостями. Высокая плотность энергоносителя, интенсивное охлаждение капель расплава, образование значительного количества пара в зоне непосредственного контакта жидкости с расплавом. В качестве распыляющей жидкости используется вода или масло. Распыляющий узел форсунки должен обеспечивать возможность использования максимальной силы удара водяной струи, оно связано с длиной ее начального участка, величина которого определяется выходным диаметром насадки, давлением воды перед насадкой и степенью поджатия струи. Технология получения порошков распылением расплавов. Водой можно распылять низко – и высоколегированные сплавы распылением получают порошки быстрорежущих сталей. Получение порошков титана и его сплавов с низким содержанием кислорода и азота осуществляется в основном центробежным распылением в аргоне, гелии или вакууме. Получение порошков алюминия и магния. Распыление воздухом, азотом, инертными газами используют инжекционные форсунки, в которых металл поступает за счет разряжения возникающего у выхода из сопла при истечении газа из кольцевой щели под давлением 0,4 – 0,6 Мпа. Физико–химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно – автокаталитической теории. Восстановители, используемые при восстановлении порошков. Страницы: 1, 2 |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|