Klasa Technik BHP

Technologia proszków

1. Podstawy technologii proszków

• Pojęcia podstawowe

• Proszek - jest to materiał sypki o wymiarach liniowych nie większych od 1mm,

• Mieszanka - jest to proszek otrzymany przez dokładne zmieszanie ze sobą dwóch lub więcej proszków,

• Formowanie - jest to przekształcanie proszku w ciało
  o przewidywanym kształcie i wymiarach,

• Prasowanie - jest to wywieranie, na znajdujący się w zbiorniku proszek, sił zewnętrznych - jest to podstawowy sposób formowania w metalurgii proszków,

• Formówka - jest to produkt procesu formowania, otrzymana
  w wyniku prasowania nazywa się wypraską.

• Spiekanie - polega na scalaniu proszku przez wygrzewanie
  w temperaturze niższej niż temperatura topnienia,

• Spiek - jest to produkt procesu spiekania,

• Porowatość - jest to stosunek objętości porów do objętości porowatego ciała.

Cechą charakterystyczną nieomal wszystkich wyprasek i spieków jest obecność w ich strukturze porów.

• Podstawowe procesy metalurgii proszków

Proces technologiczny wytwarzania wyrobów metalowych metodą metalurgii proszków wyróżnia następujące etapy:

• Otrzymywanie proszków

• Formowanie (prasowanie)

• Spiekanie

• Obróbkę wykańczającą

Skład chemiczny oraz sposób wytwarzania proszków są czynnikami określającymi wszystkie jego właściwości.

Jako surowce w metalurgii proszków stosuje się głównie:

• proszki metali i ich stopów

• proszki grafitu i diamentu

• proszki niemetali (tlenki, azotki, borki węgliki i krzemki)

2. Właściwości proszków

• Kształt cząstek proszku - do określenia kształtu cząstek proszku stosowane są dwie metody jego określania

• metoda słownego opisu cząstki i porównania ze wzorcem (10 kształtów przewidzianych przez PN - np.; kulisty, globularny (zbliżony do kuli), zaokrąglony, wielościenny itp.

• Metoda matematyczna - (Hausnera) - metoda oparta na analizie konturów cząstki - poprzez obrót badanej cząstki
  w polu widzenia mikroskopu można obserwować jej kontur. Na konturze opisywane są prostokąty w celu znalezienia tego, który charakteryzuje się najmniejszą powierzchnią.(str. 84)

• Wielkość cząstki proszku - jest to umowny wymiar liniowy charakteryzujący przestrzeń zajmowaną przez cząstkę.
  W praktyce ze względu na trudności z pomiarem pojedyńczych cząstek stosujemy inne metody ich pomiaru. Jedną z metod jest „Analiza sitowa” - polegająca na przesiewaniu proszku przez zestaw sit na sucho lub mokro.

• Właściwości fizyczne proszku - są to typowe właściwości fizyczne substancji - gęstość, temperatura topnienia, zdrowienie, i rekrystalizacja rozrost ziarna, - zmiana poziomu energii

• Właściwości chemiczne proszku - posiadają właściwości chemiczne rodzimego materiału. Proszki metali ulegają szybkiemu utlenieniu.

• Własności technologiczne proszku - sypkość proszku - określana jako czas przesypywania określonej ilości proszku przez lejek o znormalizowanym kształcie, gęstość nasypowa - jest stosunek masy proszku nasypanego do znormalizowanego naczynia do jego objętości, zgęszczalność - jej miarą jest gęstość uzyskanej z proszku wypraski, i formowalność proszku - jest to zdolność proszku do tworzenia wytrzymałych wyprasek - jej miarą jest gęstość próbki zapewniająca jej trwałość,

3. Technologia proszków

• Prasowanie

Przed prasowaniem należy proszek przygotować

• Wyżarzanie proszku - ma na celu usunięcie z powierzchni cząstek proszku tlenków i innych domieszek, bądź uzyskanie rekrystalizacji. Temperatura wyżarzania stanowi najczęściej 0.5 -0.6 temp. topnienia. (Cu - 350 - 400°C, Fe 650 - 750°C).

• Rozsianie proszku - ma na celu uzyskanie frakcji o określonym składzie ziarnowym,

• Mieszanie - ma na celu równomierne rozprowadzenie w masie proszku substancji ułatwiających prasowanie lub substancji porotwórczych

Prasowanie proszku odbywa się w stalowych matrycach. Odmierzona ilość proszku po zasypaniu do matrycy zagęszczana jest po naciskiem stempla.

Proszki metali plastycznych Ag, Cu - prasują się łatwo, metali twardych Cr, Mo trudno, proszki drobnoziarniste prasują się trudniej, W celu uzyskania większej gęstości dodaje się do proszków materiały poślizgowe - miedź, grafit.

Uzyskanie wypraski o wysokiej gęstości (ponad 95% gęstości teoretycznej) wymaga stosowania dużego ciśnienia lub dwukrotnego prasowania ze spiekaniem typowe ciśnienie ~1000 MPa.

Inne metody formowania

Prasowanie izostatyczne - proszek zasypany do form gumowych lub plastykowych umieszcza się w komorze wysokociśnieniowej w której znajduje się ciecz lub gaz, w miarę zwiększania ciśnienia działa ono we wszystkich kierunkach.

zalety :

• niższe ciśnienia robocze,

• wielkości wyprasek ograniczone tylko wielkością komory,

• brak ograniczeń kształtu wyprasek

• możliwość materiałów twardy, kruchych trudnych do prasowania innymi metodami.

Proces można prowadzić na zimno lub gorąco (1100 - 1600 °C) - ośrodek przenoszący ciśnienie He, Ar, matryca stal, Ni, Mo.

Wibracyjne zagęszczanie proszków - stosowane do elementów
o skomplikowanych kształtach z proszków twardych
i trudnoprasowalnych. Proszek zasypany do formy umieszcza się na wibratorze i poddaje działaniu drgań przy równoczesnym niewielkim nacisku. Wskutek drgań poszczególne cząstki proszku przemieszczają się zajmując możliwie najgęstsze ułożenie (ok. 95% gęstości teoretycznej).

Walcowanie proszków - jest to metoda ciągłego formowania - stosowana do wyrobów o znacznej długości - taśma, blacha, taśma bimetalowa, itp.

Może odbywać się na zimno lub gorąco.

Wyciskanie past proszkowych - stosowane jest do formowania kształtek o dużej długości i niewielkich wymiarach poprzecznych
z proszków trudno prasowalnych - np. materiały ceramiczne, cermetale, cyrkon, uran, tytan.

Wymieszany proszek z plastyfikatorem (kwas stearynowy, parafina, skrobia) tworzy gęstą pastę. Podczas suszenia lub spiekania substancja zlepiająca zostaje usunięta.

• Spiekanie

Spiekaniu może podlegać luźno zsypany do formy proszek lub sprasowane kształtki. Spiekanie odbywa się w temperaturze 0.7 - 0.8 temperatury topnienia podstawowego składnika. W praktyce tak ustala się parametry procesu spiekania by nastąpił :

• Wzrost gęstości,

• Obniżenie porowatości

Proces kończy się z chwilą uzyskania odpowiednich właściwości :

• Gęstość,

• Twardość,

• Inne (np. opór elektryczny, własności magnetyczne itp.)

• Obróbki wykańczające

Obróbka cieplno - chemiczna spieków

Spieki poddaje się obróbce cieplnej lub cieplnochemicznej w celu otrzymania określonych właściwości. (do 7,2 ostrożnie)

Prasowanie na gorąco i spiekanie pod ciśnieniem - w tych warunkach otrzymujemy materiały o wysokiej gęstości
z wykorzystaniem niższego ciśnienia i niższej temperatury
w porównaniu z technologią oddzielnego prasowania i spiekania.

Kucie spieków - polega na odkształcaniu na gorąco spiekanych kształtek. Zalety:

• Wymiary maksymalnie zbliżone do wyrobu gotowego,

• Krótki czas obróbki - brak skrawania

• Duże oszczędności materiału (90%)

• Możliwość uzyskania materiału o dowolnym składzie chemicznym

• Wyroby spiekane

Wyroby produkowane tą metodą podzielić można na dwie grupy:

• Wyroby wytwarzane tylko tą techniką:

• o dużej porowatości ( np. filtry, łożyska samosmarujące),

• pseudostopy,

• węgliki spiekane,

• materiały o najwyższej temperaturze topnienia,

• materiały o najwyższej twardości,

• cermetale

• Wyroby wytwarzane tradycyjnie :

• ze względów ekonomicznych wytwarzane tą techniką

Przykłady:

• materiały konstrukcyjne - części maszyn,

• materiały narzędziowe - HSS i WS,

• filtry porowate i łożyska,

• spiekane materiały cierne - hamulce i sprzęgła,

• metale trudnotopliwe W, Ta, Mo, Niob,

• materiały specjalne - magnesy Fe-Co - 0.01 - 0.1μm,

• cermetale

mgr inż. Mirosław Kroma strona 3 Zarys Metalurgii Proszków

---