Области на приложение на металокерамични материали и детайли

Инструменти, материалиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2013

П олучаването на специфични свойства на материалите, използвани за производството на праховометалургичните изделия, включително и обработката на комбинации от материали, за които се счита, че не е възможно да се смесват или сплавяват, се постига посредством различни производствени процеси.

Това определя и групите заготовки и изделия, произвеждани по методите на металокерамиката, а именно:
Фрикционни материали за спирачни накладки и за дискове за съединители. За тях се изисква висока износоустойчивост, механична якост, висок и устойчив коефициент на триене.

Такива материали се получават чрез смесване на прахове от неметални материали, които се „"внедряват" в матрица от мед или желязо.

Твърди сплави (Нardmetals), които се използват за режещи инструменти и бързоизносващи се изделия. Представляват смес от карбиди, чиято микроструктура включва твърда фаза, свързани с течна метална фаза, получена чрез синтероване на течната фаза при температура над точката на топене.

Тези материали обикновено се получават от волфрамов карбид, спечен с кобалт, но в други твърди сплави са включени прахове от други карбиди, нитриди, карбонитриди или оксиди и метали, различни от кобалта. За свързващи вещества се използват Ni, Ni-Cr, Ni-Co и др.

Материали за диамантени режещи инструменти. Тяхната структура се получава чрез равномерно разпръснат фин диамантен прах в метална матрица, т. е. течната фаза служи за синтероване на такива изделия.

Обработка на материали с много високи точки на топене. Праховата металургия дава възможност за обработка на материали с много високи точки на топене, включително огнеупорни метали като волфрам, молибден и тантал. Изделия от тези метали много трудно се произвеждат чрез стопяване и леене и често са много крехки.

Производството на волфрамови заготовки за последващо изтегляне на тел за лампи с нажежаема жичка е едно от най-ранните приложения в областта на праховата металургия.

Пористи антифрикционни сплави. Използват се за изработване на металокерамичните (самосмазващи) плъзгащи лагери, в структурата на които се получават определен процент взаимосвързани пори. Наличието на определено количество графит и запълването на получените пори с масло спомагат за намаляване на триенето.

Използват се във възли, където не е възможно допълнително смазване, при периодична работа, ниски натоварвания и малки периферни скорости на вала. Такива лагери се вграждат в динама и стартери за автомобилостроенето.

Към тази група влизат също и детайли на основата на желязо и бронз, които се използват в агрегатите на транспалетни колички, транспортьори, силажокомбайни, в хидравлични и пневматични цилиндри, сферични лагери за ел. двигатели на вентилатори и др.

Метални пористи филтри. Използват се за пречистване на течности и газове. Чрез промяна на състава, формата и размерите на праховите частици, а също така и на технологичните режими, могат да се получат различни по размер пори и свойства на материала. Например, по този метод се изработват катализаторите за бензиновите двигатели с вътрешно горене.

Продукти със специални свойства. За разлика от технологиите на леене и коване, чрез контролиране на микроструктурата на материала праховата металургия позволява получаването на продукти със специални свойства, например магнитномеки металокерамични изделия за производството на постоянни магнити за електромери, полюсни наставки за ел. двигатели, котви и други детайли за електропромишлеността. Към тази група се отнасят никелови или кобалтови свръхсплави, които се използват за авиационни двигатели и за други приложения.

Синтерованите пластмаси се използват за приложения, които изискват материали със специфична порьозност например за филтрация и за контролиране на течности и газове.
Металокерамични конструкционни детайли. Методът позволява масовото изработване на сравнително дребни детайли със сложна форма, при което се постига необходимата точност и грапавост на повърхнините и се намалява или изцяло се премахва механичната им обработка.

За изработване на конструкционни изделия се използват и т. нар. кермети. Това са композитни материали, състоящи се от метални и неметални труднотопими съединения, които имат висока химична и термомеханична устойчивост при температури до 1600-1800 0С. От кермети се изработват соплата на ракетните и реактивни двигатели и направляващите апарати на газови турбини.

Области на приложение на металокерамичните изделия
Металокерамичните изделия намират все по-голямо приложение в различни индустриални области. Сред основните отрасли, в които те са широко използвани, е автомобилната промишленост.

Независимо дали става дума за конструктивни елементи, твърдосплавни инструменти, синтеровани магнити или самосмазващи плъзгащи лагери, в продължение на няколко десетилетия, а вероятно и в бъдеще, автомобилният сектор е сред основните потребители на металокерамични изделия.

Според направено проучването на пазара на металокерамични изделия в световен мащаб, в Япония повече от 90% от металокерамичните изделия се използват в автомобилната промишленост. В Европа този процент е над 80%, а в Северна Америка надхвърля 70%. Около 75% от тях са детайли за двигателите на превозните средства, на ръчни и автоматични скоростни кутии и други автомобилни системи.

За двигателите, по методите на металокерамиката се изработват ролки, зъбни колела и главини, вложки за седлото и водачите на клапаните, лагерни капачки, балансиращи съоръжения и други. В скоростните кутии това са детайли за синхронизатори, за превключване на предавките, за съединители.

Металокерамични детайли намират приложение също и в редица други автомобилни системи: компоненти за шасито, зъбни колела за маслени помпи, ротори за водни помпи, части за амортисьори, сензорни пръстени за антиблокираща спирачна система (ABS), части за изпускателната система, за газоразпределението и за рециркулация на отработените газове (EGR), за турбокомпресорите и други.

Металокеримчни изделия се използват и за втулки на самосмазващи плъзгащи лагери, различни детайли за ръчни електроинструменти, битова техника и други. По този метод се изработват разнообразни зъбни колела, използвани в уредостроенето.

Методът се използва и при производството на метало-графитни и графитни четки, широко използвани в електрическите промишлени двигатели и генератори, както и за микродвигатели за домакински уреди, автомобили и електрически инструменти. 
Металокерамични изделия се използват при производството на машини за търговски цели, на градински продукти, на контролни уреди и други.

Поради възможността да се получават материали с уникални свойства, в някои случаи независимо от сравнително по-ниската серийност на производството, праховометалургичните изделия се използват и в тясно специализирани сектори като космическата и авиационната техника. Използват се за производството на детайли за авиационни двигатели и газови турбини, включително и с наземно приложение.

За турбинни дискове се използват никел-базирани и титанови суперсплави, произведени по т.  нар. „метод на горещо изостатично пресоване (HIP). HIP e производствен процес за пресоване на материала на детайла от всички страни в херметизиран съд чрез налягане на газ (аргон) и в условия на повишена температура. Използва се за намаляване на порьозността на метали и увеличаване на плътността на редица керамични композитни материали.

По този начин се повишават механичните свойства на материала, главно устойчивостта му на умора, с което се разширяват областите на неговата реализация. Ефективността на метода, в сравнение с обработката на заготовки от плътен материал, се основава на възможностите за намаляване на механичната обработка и загубите на материал, както и за оптимизиране на компонентите на сплавта и контролиране на нейната микроструктура.

Засилва се и приложението на HIP металокерамични титанови сплави за изработване на корпусни изделия, свързано с намаляване на разходите за ковани детайли или намаляване на теглото при замяната на такива детайли от стомана.

Твърдосплавни и диамантени режещи инструменти
Използват се в редица индустриални отрасли, включително общото и тежко машиностроене, автомобилостроенето, нефтената и газовата промишленост, космическата техника.

Металокерамични елементи от аустенитна и неръждаема стомана все по-често се използват и в конструкцията на тръбопроводната арматура.
В сектора на здравеопазването немалко устройства съдържат компоненти, изработвани по методите на праховата металургия (от металокерамика).

Това се отнася за постоянни магнити за ЯМР скенери, за различни хирургически инструменти и други.

В редица отрасли металокерамичните детайли се оказват и икономически по-изгодното решение в сравнение със същите детайли, произведени по стандартна технология. Например в автомобилостроенето при използването на такива детайли е отчетено намаляване на разходите от порядъка на 30 до 70%.

В България има дългогодишен богат опит в проектирането, технологията и производството на металокерамичните изделия. Специални и конструкционни детайли се произвеждат в няколко специализирани завода в различни градове на страната като Ямбол, Варна, София.

Top