Металокерамични изделия – част 1

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2013

Синтероването е метод широко използван за производството на изделия от прахообразни материали. Основава се на атомната дифузия, която се получава във всеки материал при температура над абсолютната нула, като при високи температури процесът е много по-интензивен.

Тъй като температурата при синтероване (спичане) не трябва да достига точката на топене на материала, този метод е подходящ за получаването на изделия от материали с изключително високи точки на топене като волфрам и молибден.

Методите на синтероване и свързаните с тях процеси за получаването на изделия и конструкционни детайли от метални прахове или от смеси от тях с неметални пълнители чрез формоване и изпичане са известни като прахова металургия (Powder Мetallurgy).

Най-често при производството на конструкционни изделия това наименование се свързва с понятието металокерамика и изделията се наричат металокерамични. В по-тесен смисъл металокерамиката представлява изкуствен материал във вид на хетерогенна композиция от метали или сплави с неметали (керамика).

Праховата металургия
Основни процеси на праховата металургия са получаването на метални прахове, тяхното смилане и смесване, формоването (пресоването) на заготовките и тяхната термична обработка - спичане.

Температурата на термичната обработка се подбира в зависимост от химическия състав на праховете и предназначението на изделието, но необходимо условие е тя да е по-ниска от температурата на топене на материалите. В резултат се получава спичане на праховете и необходимата механична якост на заготовките.

При спичането заготовките се свиват, но се спазва строго подобие на първоначалните форми. За разлика от изделията, получени по метода на леене, при тези, получени по метода на праховата металургия, не се получава разслояване на метала и не възникват напрежения в определени зони.

Най-общо, по този метод се получават детайли със сложна конфигурация, от труднотопими метали, изделия със зададена равномерна пористост. Има възможност за съчетаване на метални и неметални материали. 

Сред основните предимства на праховата металургия са ефективност на производствените разходи и получаване на изделия с уникални свойства.

Производство на конструкционни детайли със сложна форма
Ефективността на разходите е основна причина за избора на праховата металургия за масово производство на конструкционни детайли със сложна форма. В сравнение с традиционните методи и технологии в металообработването, с използването на възможностите на праховата металургия се постигат значителна икономия на енергия, висока степен на използваемост на материала и по-малко производствени етапи до окончателното получаване на изделието.

Тези предимства са съчетани с възможност за получаване на прахово-металургични изделия със сложна конфигурация и висока точност на размерите, като значително намаляват или изцяло отпадат редица механични обработки.

Използваемостта на материала за получаване на готовото изделие при праховата металургия средно е над 95% от първоначалната суровина и е по-добра от тази на използваните конкурентни процеси.
Сред предимствата на праховата металургия е и намалената енергоемкост на производството, която за повечето детайли за автомобилостроенето например е над 50%.

За ниската себестойност на продукцията допринася и високата степен на автоматизация на производствените процеси и постиганата висока производителност.
Придаването на специфични свойства при обработка на материалите по метода на праховата металургия е благодарение на възможността някои характеристики на материала (например комбинация от химически съставки, контролирана микроструктура, твърдост, порьозност и др.) да бъдат лесно получени чрез подходящ избор на прахове и параметри на процеса, което е трудно, а понякога и невъзможно, с други производствени технологии.

Технологията за получаване на прахово-металургични изделия обаче налага и някои ограничения. Има няколко критерия, определящи възможността дадено изделиe да бъде получено по метода на праховата металургия. Сред тях са:
• Количество произведени детайли. Добре е да се има предвид, че постигането на висока ефективност на разходите е възможно само при производството на големи количества, тъй като разходите за инструментална екипировка и производствени настройки са значителни.

Високи са и капиталовите разходи за самото оборудване (пресформи, преси, пещи). За рентабилно се счита производство от порядъка на най-малко десетки хиляди детайли годишно.

• Ограничаване на размерите и масата на изделието. В сравнение със стоманени заготовки от ламарина, пръти, профили и отливки, използвани в много конкурентни процеси, използваните в прaховата металургия метални прахове са сравнително скъпа суровина. По тази причина се счита подходящо предимно производството на сравнително малки и леки детайли, където материалните разходи са сравнително малък процент (до около 20%) от общите разходи за производството.

• Ограничение на площта на изделието. Определя се от необходимото налягане за пресоване и използваните за тази цел преси, чието усилие практически е не повече от 1000 тона.

• Ограничения в геометрията на детайла. Технологията на осово пресоване на праховете във матрици определя праховата металургия като подходяща за получаване на детайли с призматична форма и неограничена сложност в две измерения (радиално или в плоскостта на пресформата).

Много по-ограничени са възможностите за получаване на сложни форми в третото измерение – аксиално или по дебелината на изделието.
В някои случаи прахово-металургичните изделия имат по-висока крехкост и по-ниски механични качества в сравнение с плътната стомана.

Статията продължава
в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top