Сплав полученный способом порошковой металлургии марка

Обновлено: 30.04.2025

Материалы и изделия. Получаемые методами порошковой металлургии материалы называют порошковыми. Эти материалы условно подразделяют на конструкционные, триботехнические, фильтрующие, твердые сплавы, высокотемпературные, электротехнические, с особыми ядерными свойствами и др.

Из конструкционных порошковых материалов изготовляют детали машин, механизмов и приборов, например шестерни, фланцы, зубчатые колеса, седла и корпуса клапанов, муфты, эксцентрики, кулачки, шайбы, крышки, корпуса подшипников, детали насосов, различные диски, втулки и др. Основные требования к этим порошковым материалам - повышенные механические свойства и экономичность. Детали из конструкционных порошковых материалов подразделяют на ненагруженные, мало-, средне- и сильно нагруженные, а по типу материала - на основе железа или сплавов цветных металлов.

К триботехническим относятся антифрикционные материалы и фрикционные материалы. Оптимальные структуры анти-фрикционных материалов - тведрая матрица и мягкий наполнитель. Для создания такой структуры наиболее эффективен именно метод порошковой металлургии Получаемые этим методом антифрикционные изделия обладают низким и стабильным- коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью, высокой износостойкостью, хорошей сопротивляемостью схватыванию. Изделия из порошковых антифрикционных материалов являются самосмазывающимися. Твердая смазка (напр., графит, селениды, сульфиды) заключена в порах самого изделия. Антифрикционные порошковые материалы могут использоваться как для изготовления объемных элементов, так и в качестве покрытий, нанесенных на подложки. Характерный пример изделий из порошковых антифрикционных материалов - подшипники скольжения.

Применяемые порошки и способы их получения

Получение металлических порошков – самый затратный и трудоемкий этап производственного процесса. При этом набор заданных эксплуатационных характеристик определяется физико-химическими свойствами, насыпной плотностью, размерами частиц и рядом других функциональных критериев применяемых порошков.

метод электролиза (электролитический метод) с осаждением на катоде металлов из растворов/расплавов под воздействием постоянного тока (порошки электролитические ПЭ);
метод карбонильной диссоциации – разложение карбонилов на металлическую порошковую фракцию и газообразный монооксид углерода (СО) (порошки карбонильные ПК);
метод химического восстановления металла из первичного сырья (руд, окалины и т.п.).

железа (Fe) электролитический;
меди (Cu) электролитический; (Ti) электролитический;
циркония (Zr) электролитический;
ниобия (Nb) электролитический;
тантала (Та) электролитический;
урана (U) электролитический.

Путем разложения карбонилов получают, в частности, никелевый порошок (Ni) карбонильный, вольфрамовый порошок (W) карбонильный и молибденовый порошок (Mo) карбонильный, а также карбонильный порошок железа (Fe).

Методом химического восстановления получают кобальтовый порошок (Co), никелевый порошок (Ni), вольфрамовый порошок (W), молибденовый порошок (Mo), а также порошки железа (Fe), меди (Cu), ниобия (Nb) и других металлов.

Производство изделий и материалов методом порошковой металлургии

Порошковая металлургия является одной из отраслей металлургической промышленности, включающей в себя ряд малоотходных способов изготовления изделий и материалов из порошков различных металлов в чистом виде либо в составе определенных композиций. Технология имеет общие черты с керамическим производством, поэтому продукция, полученная посредством данного метода, нередко именуется металлокерамической, или просто металлокерамикой. Технология получения металлокерамики особенно широко применяется для массового производства, позволяя получать без дополнительной обработки, а значит, и без отходов, изделия высоких классов точности. Метод порошковой металлургии востребован также в случаях, когда он является единственной возможностью наделить изготавливаемую продукцию теми или иными уникальными свойствами.

🛠 "Ножи будущего": что такое порошковая сталь и каковы её преимущества

Если вы интересуетесь ножами и хотели бы узнать о них чуть больше, то сегодня мы немного поговорим о том из чего их делают - о порошковой стали.

Если коротко - это сталь, полученная путём прессования и спекания смеси порошков стали и легирующих элементов. Она на порядок дороже обычной, но эта цена справедлива при учёте её преимуществ.

Подписывайтесь на канал - так вы поддержите его и не пропустите новые статьи! Комментарии приветствуются! Подписывайтесь на канал - так вы поддержите его и не пропустите новые статьи! Комментарии приветствуются!

Порошковая металлургия вообще существует очень давно в разных её видах (говорят, ещё в древнем Египте промышляли чем-то подобным при создании ювелирных украшений). Во второй половине прошлого века она начала достаточно бурно развиваться и использоваться в авиастроении, автомобильной промышленности и так далее.

В последние годы такая сталь набирает особую популярность у ножеделов со всего мира, так как она обладает уникальными характеристиками, которых не добиться при обычных условиях.

Ножи из неё обладают:

Повышенной твёрдостью
Повышенной коррозионной стойкостью
Повышенная износостойкость
Повышенная термостойкость
Длительным сохранением режущих свойств без заточки

Звучит как чёртово волшебство, но это так. Достигаются такие показатели за счёт возможности добавления большего количества легирующих элементов (хрома, молибдена, ванадия, кремния) в состав стали без потери прочности.

При таком производстве количество углерода в сплаве может достигать до 4% , при том, что обычный сплав способен содержать чуть больше 2% (далее - это уже чугун).

Весь секрет - в карбидах (коротко - твёрдые тугоплавкие соединения углерода). От них, а точнее, от их распределения в стали, как раз зависят прочностные характеристики. Чем они больше и чем неравномернее они распределены - тем более хрупким будет изделие. Порошковая металлургия позволяет снизить их размер и распределить равномерно в структуре стали.

Процесс создания порошковой стали для ножей:

Расплав состава стали распыляется с помощью специального оборудования в среде азота. Получается металлический порошок с равномерным распределением карбидов за счёт их быстрой кристаллизации в "каплях" сплава
Порошок помещают в вакуумный контейнер
Содержимое контейнера спекается под давлением
Полученный при спекании слиток подвергается дальнейшей обработке (ковка, прокат)

Таким образом получается сверхвысокоуглеродистая и высоколегированная сталь, выдерживающая закалку почти до 70 единиц шкалы Роквелла, при этом более прочная, чем при обычной технологии получения сплава.

Признайтесь, хотели бы себе такой нож?

Наиболее распространённые марки таких сталей: ZDP-189, M390, CPM S110V, Vanax 75, Vancron 50, Elmax.

Что такое порошковая сталь? Технология и представители.

Многие из тех, кто не понаслышке знаком с ножевой культурой знакомы с таким типом сплава, как «Порошковая сталь» — это сталь, полученная путём прессования и спекания смеси порошков стали и легирующих элементов. Она на порядок дороже обычной, но эта цена справедлива при учёте её преимуществ. В чем же заключаются эти преимущества — попробуем узнать в этой статье.

Сама технология изготовления порошковой стали известна довольно давно: некоторые источники утверждают, что ещё в древнем Египте её использовали при создании ювелирных украшений. Однако широкое применение порошковые стали получили в 60-е годы ХХ века, когда американцы стали активно вводить в сплавы легирующие добавки, чтобы сделать их намного прочнее и долговечнее. С начала XXI века такая сталь обрела особую популярность у ножеделов со всего мира, так как она обладает уникальными характеристиками, которых не добиться при обычных условиях.

Клинки, изготовленные из порошковой стали обладают такими свойствами, как: высокая твёрдость, повышенная коррозийная стойкость и износостойкость, термостойкость и длительное сохранение режущих свойств без заточки. Достигаются такие показатели за счёт возможности добавления большего количества легирующих элементов (хрома, молибдена, ванадия, кремния) в состав стали без потери её прочности. При таком производстве количество углерода в сплаве может достигать до 4%, при том, что обычный сплав не способен содержать больше 2%, не став при этом чугуном.

Вся суть в карбидах — твёрдых тугоплавких соединениях углерода. От распределения карбидов в стали и зависит её прочность. Ведь чем они крупнее и чем менее равномерно они распределены — тем более хрупким будет изделие. Порошковая металлургия позволяет снизить их размер и распределить равномерно в структуре стали.

Процесс создания порошковой стали для ножей :

Расплав состава стали распыляется с помощью специального оборудования в среде азота. Получается металлический порошок с равномерным распределением карбидов за счёт их быстрой кристаллизации в "каплях" сплава;
Потом обрабатывают, после чего засыпают в вакуумную пресс-форму из пластичных материалов;
Содержимое контейнера спекается под давлением;
Полученный при спекании слиток подвергается дальнейшей обработке (ковка, прокат).

Таким образом получается сверхвысокоуглеродистая и высоколегированная сталь, выдерживающая закалку почти до 70 единиц шкалы Роквелла , при этом более прочная, чем при обычной технологии получения сплава.

Порошковые стали требуют больше ресурсов, технология здесь сложнее, поэтому и ножи из них дороже. В то же время, производство — безотходное: все остатки можно снова переработать в порошок и возобновить цикл. Поэтому все больше производителей переходят на них.

На данный момент на ножевом рынке представлены множество порошковых сталей от разных производителей. Лидерами в своей отрасли являются стали американского производства Crucible Industries и сплавы австрийского холдинга Böhler-Uddeholm . Все они различаются по своим характеристикам и классам, но давайте рассмотрим несколько самых популярных представителей.

M390 — это австрийская сталь концерна BOHLER. По шкале Роквелла у нее показатель 60-62 HRC. Обладает великолепной стойкостью режущей кромки. Однако стоит отметить, что обратной стороной этого свойства является не совсем простая заточка.

ZDP-189

«Суперсталь» из Японии, которую используют в дорогих ножах. Ножи из нее особенно хорошо режут и держат заточку за счет высокого содержания углерода — до 3%. Это одна из самых сбалансированных по составу сталей — её твёрдость достигает до 69 единиц по шкале Роквелла, она устойчива к коррозии и ударам. ZDP-189 можно встретить преимущественно на ножах под брендом Spyderco.

CPM S30V

Мартенситная сталь, которую разработали выдающиеся мастера Дик Барбер и Крис Рив. Одна из самых лучших и популярных порошковых сталей. В ней меньше ванадия, поэтому ее легче шлифовать и точить, и он равномерно распределен: такие ножи можно свести к режущей кромке максимально тонко, чтобы добиться наилучшей остроты. Её часто используют именитые европейские и японские ножевые мастера.

Elmax

Европейская сталь с молибденом, ванадием и хромом. Легко точится, долго держит заточку и очень устойчива к коррозии. Является сталью премиум-класса. Часто можно встретить на клинках ножей отечественных мастеров.

Vanax 35 и Vanax 75

Фактически Vanax 35 является высокоазотистой версией таких сталей, как Elmax или M390 (с несколько увеличенным содержанием молибдена), Vanax 75 близка по составу к Vanax 35, отличаясь главным образом по содержанию ванадия и азота (при чуть меньшем содержании молибдена).

Обе стали при высокой стойкости (Vanax 75, я думаю, вообще должна быть одним из лидеров) обеспечивают высокие механические свойства и высокую коррозионную стойкость (в том числе в присутствии хлоридов). Это первые стали с весьма высокой стойкостью РК на ноже, имеющие коррозионную стойкость, достаточную для применения их в пищевой индустрии и для эксплуатации в морской воде.

А мы напоминаем, для подписчиков канала Forest Knives действует скидка 7%!

Достоинства и недостатки метода порошковой металлургии в сравнении с другими технологиями

Производство изделий из спеченных материалов имеет целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями металлообработки (резание, литье, ковка, штамповка и т.д).

невозможность изготовления многих видов продукции иными методами, кроме порошкового;
безотходность (с пользой задействуется до 95-98% исходного материала);
наличие высоких эксплуатационных характеристик получаемых изделий;
экономичность, особенно при массовом производстве, вследствие относительной простоты технологии (за исключением этапа изготовления порошков).

сложность техпроцесса получения металлических порошков и, как следствие, их высокая себестоимость;
необходимость спекания в защитно-восстановительных средах, что также повышает себестоимость продуктов порошковой металлокерамики;
сложность производства заготовок обширных габаритов и криволинейных конфигураций.

Порошковая металлургия являясь одним из относительно новых направлений современного материаловедения, развивается стремительными темпами. Вот почему ее немногочисленные недостатки вряд ли следует воспринимать в качестве постоянно действующих факторов. По мере дальнейшего становления научно-технического прогресса метод порошковой металлургии будет становиться все более значимым для повседневной жизнедеятельности.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Технологические этапы производственного процесса

смешивание;
формовка;
спекание;
калибровка.

На этапе смешивания из металлических порошков с различным химико-гранулометрическим составом (возможны неметаллические порошковые добавки) готовят однородную порошкообразную субстанцию – шихту.

Этап формовки заключается в преобразовании полученной сыпучей шихты в достаточно прочные первичные заготовки пористой структуры. Наиболее распространенным видом формовки является способ холодного прессования, когда шихту, засыпаемую в специальные пресс-формы, спрессовывают под давлением от 32 до 1100 МПа на механических, пневматических или гидравлических прессах.

Следующим технологическим этапом метода порошковой металлургии является термообработка (спекание) сформованных заготовок при температурах более низких, чем t° плавления, в результате чего за счет когезии (когезия - связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы) частицы порошка преобразуются в единый монолит на молекулярном уровне. При этом в заготовках из однородного металлического порошка максимальный эффект достигается в режиме, составляющем 72–92% t° плавления металла. При спекании смесей на основе цементированных карбидов применяется температурный режим, близкий к t° плавления связующего компонента. Чтобы не допустить окисления, процесс спекания во всех случаях проводят в защитной вакуумной либо газовой среде (Н, СО, N, Ar).

Заключительной стадией процесса является калибрование получаемых изделий с целью обеспечить требуемую точность заданных габаритных параметров, повысить степень прочности и класс чистоты поверхности.

Порошковые сплавы: производство и применение

Порошковые сплавы имеют широкое распространение в производстве и большое значение в экономике в целом. Изготовление многих сплавов практически возможно в принципе только из порошка. К ним относятся твердые металлокерамические сплавы, керметы, сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, композиций этих металлов с легкоплавкими металлами, а также сплавов металлов с неметаллическими материалами. Значение порошковой металлургии особенно велико в атомной и химической промышленности, самолетостроении, ракетной технике, реактивных двигателях, радио- и электротехнике, энергетической промышленности и в производстве жаропрочных сплавов.

Сплавы, изготовляемые из металлических порошков путем прессования и спекания без расплавления или с частичным расплавлением наиболее легкоплавкой составляющей их, называются порошковыми.

Несмотря на то, что объем производства порошковых сплавов невелик и составляет всего 0,1 % от общего объема производства металлов, они имеют весьма большое значение в производстве и экономике в целом, поскольку область их применения чрезвычайно широка. При этом изготовление многих сплавов практически возможно только из порошка, например, изготовление твердых металлокерамических сплавов, керметов, сплавов из тугоплавких металлов — вольфрам, молибден, тантал, ниобий — или композиций этих металлов с легкоплавкими металлами, или из металлов с неметаллическими материалами.

Многие детали из порошковых сплавов отличаются лучшими качествами и дешевле, чем из обычных металлов. Области применения и составы порошковых сплавов приведены в таблице.

Особенно велико значение порошковой металлургии в новых отраслях техники: атомной и химической промышленности, самолетостроении, ракетной технике, реактивных двигателях, радио- и электротехнике, энергетической промышленности и в производстве особо жаропрочных сплавов.

Процесс производства порошковых сплавов заключается в получении порошка, составлении шихты, прессовании и спекании.

1. Производство порошков. Важнейшими методами производства порошков являются:

1) восстановление металлов из окислов;

2) механическое измельчение;

3) электролитическое осаждение;

4) распыление жидкого металла;

5) нагрев и разложение карбонилов.

Наибольшим распространением пользуются первые 2 метода.

Восстановление металлов из окислов широко применяется в производстве порошков тугоплавких редких металлов, вольфрама и молибдена, а также кобальта, никеля и железа. Руды редких металлов подвергаются сложной переработке и размолу для получения порошков окислов, которые восстанавливаются затем путем нагрева в газовой среде водородом, генераторным газом или твердыми восстановителями — сажей, коксом, графитом. Иногда применяется комбинированное восстановлена путем нагрева вместе с твердым и газовым восстановителем. Восстановление из окислов позволяет получить очень мелкие и чистые порошки.

Технология изготовления порошковых сталей

Порошковые стали используются для изготовления ножей уже более 30 лет. За эти годы цена на такие стали существенно снизилась, они стали более доступны и применимы в самых разных ножах, в том числе и не только премиального сегмента. В чем же отличие порошковой стали от «обычной» и каким образом она создается?

Порошковая сталь – это измельченная до состояния порошка сталь, которую распыляют в инертном газе, затем взвесь подают на специальный кристаллизатор, а затем полученные микрослитки прессуют при сверхвысоких температурах и спекают в специальной печи. В результате этих действий происходит так называемый порошковый передел - сталь получает большое количество карбидов, которые отвечают за рез ножа и при этом ее можно легировать дополнительными укрепляющими прочность элементами.

Структура любой закаленной стали состоит из двух важнейших элементов: карбидов и мартенсита.

Мартенсит — это основная структурная составляющая закалённой стали (матрица). Она представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного материала стали (аустенита). Структура мартенсита неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.

Карбиды – это соединения металлов и неметаллов с углеродом. Особенностью карбидов является большая электроотрицательность углерода, по сравнению с другим элементом. Карбиды — тугоплавкие твёрдые вещества. Они нелетучие и не растворимы ни в одном из известных растворителей. Карбиды применяют в производстве чугунов и сталей, керамики, различных сплавов, как абразивные и шлифующие материалы, как восстановители, раскислители, катализаторы и др. Из карбида кремния SiC (карборунд) изготавливают шлифовальные круги и другие абразивы; карбид железа Fe3C (цементит) входит в состав чугунов и сталей, из карбида вольфрама и карбида хрома производят порошки, используемые при газотермическом напылении.

Большинство сталей, используемых для производства клинков, после термообработки имеют структуру: мартенсит + карбиды (+ остаточный аустенит + неметаллические включения и т.д.). Карбиды, более твёрдые и хрупкие, чем мартенситная матрица, увеличивают износостойкость стали, но ухудшают ее механические характеристики, негативно влияя прочность и вязкость. Степень снижения прочностных свойств зависит от количества карбидной фазы, её типа, размера карбидов и их скоплений и равномерности распределения карбидов в структуре.

Кроме того, выраженная карбидная неоднородность создаёт проблемы при шлифовании, увеличивает склонность к поводкам и трещинам. Стали с большим количеством крупных и неравномерно распределённых карбидов хуже поддаются горячей деформации. Такая сталь приобретает при термообработке неоднородную структуру, а сами результаты термообработки становятся менее предсказуемыми.

Следовательно, чтобы увеличить износостойкость стали и длительное удержание остроты, нужно увеличивать количество карбидной фазы, а чтобы сохранить приемлемые механические характеристики уменьшать и улучшать их распределение. Добиться этой цели можно несколькими методами. Среди них:

1. Оптимизация состава стали. К примеру, можно насытить сталь карбидами других типов, чаще всего большим количеством ванадия.

2. Микролегирование. Насыщение стали элементами, которые улучшают распределение карбидов и несколько уменьшают их размеры.

3. Высокоинтенсивная пластическая деформация. При увеличении степени деформации карбиды частично дробятся, и улучшается их распределение (особенно при использовании специальных приёмов деформации).

4. Увеличение скорости кристаллизации. Именно этот принцип лежит в основе технологии порошковой металлургии. Для того, чтобы увеличить скорость охлаждения нужно уменьшить размеры слитка. При размере слитка порядка 150 мкм, скорость охлаждения достигает 104105 к/с, при таких скоростях и размерах эвтектика (жидкий раствор, кристаллизующийся при наиболее низкой температуре для сплавов данной системы) получается очень тонкой, а размер карбидов не превышает 23 мкм. Для того, чтобы этого добиться нужно применить порошковый метод или метод порошкового передела.

Порошковый метод (порошковый передел).

Переде́л— одна из стадий получения или переработки металла в чёрной и цветной металлургии. К переделам относятся: плавка и разливка металла, обжатие, прокат, трубное и метизное производство. Сущность технологии метода порошковой металлургии состоит в получении порошков чистых металлов и многокомпонентных сплавов с их последующим поэтапным безотходным преобразованием в готовые к эксплуатации материалы, изделия и покрытия требуемых функциональных параметров.

Свойства порошков

Порошки металлов различаются по своим физико-химическим и технологическим свойствам. К категории физических свойств относятся форморазмеры и гранулометрический состав частиц, характеристики их удельной поверхности, а также плотность и способность деформироваться, которая называется микротвердостью.

Набор химических свойств определяется химическим составом сырья и метода/способа изготовления. Допустимая концентрация в готовой порошковой продукции нежелательных примесей не должна превышать значения 1,5-2%. Одним из важнейших химических свойств является степень газонасыщенности порошка, что особенно актуально для порошков, получаемых путем восстановления, из состава которых бывает трудно удалить определенную часть газообразных восстановителей и продуктов реакции.

Основными методами изготовления порошков из сырья являются:

1. Физико-механический метод

В рамках данного метода исходное сырье преобразуется в порошок без нарушения химсостава, посредством механического измельчения, как в твердом агрегатном состоянии, так и виде жидкого расплава. Физико-механическое измельчение производят способами: дробления и размола; распыления и грануляции. При дроблении и размоле твердого сырья изначальные размерные параметры частиц уменьшаются до заданных значений.

2. Химико-металлургический метод

Этот метод получения металлических порошков также можно реализовывать различными способами, среди которых наиболее востребованные:

Химическое восстановление металла из исходного сырья (восстановительный способ). Он применением различных химических веществ-восстановителей, которыми воздействуют на соли и оксиды металлов для отделения неметаллической фракции (солевого остатка, газов).

Электролиз - способ изготовления порошков состоит в осаждении частиц чистого металла на катоде под воздействием постоянного тока на соответствующий электролит в виде раствора либо расплава.

Термокарбонильная диссоциация (карбонильный способ). Порошки карбонильные изготавливают путем разложения в заданном температурном режиме карбонильных металлических соединений на исходные составляющие: частицы чистого металла и газообразный монооксид углерода СО, который удаляется.

Процесс изготовления порошковой стали включает в себя ряд этапов: предварительную подготовку порошковой смеси (шихты); формовку; спекание.

Предварительная подготовка порошковой смеси

П реобразование уже изготовленного металлического порошка в конечные изделия начинается с предварительной подготовки исходной смеси (шихты), которая в последующем будет подвергаться формованию и спеканию. Процесс подготовки исходной шихты является трехэтапным и последовательно осуществляется в виде: отжига, затем сортировки по фракциям (классификации) и непосредственно смешивания.

Рекристаллизационный отжиг порошков необходим для повышения показателей их пластичности и прессуемости. Путем отжига удается восстановить остаточные оксиды и удалить внутреннее напряжение – наклеп. Для отжига порошки подвергают нагреву в восстановительно-защитных газовых или вакуумных средах.

Классификацию порошков осуществляют их разделением по фракциям (в зависимости от тех или иных размерных параметров частиц) с применением специальных вибросит, имеющих ячейки соответствующих диаметров. Для разделения по фракциям применяют также воздушные сепараторы, а для классификации жидких смесей – способ центробежной дисперсной седиментации.

Порошковый материал направляется нагнетаемым турбиной воздушным потоком в область разделения, где под действием центробежной силы происходит отделение и оседание тяжелых крупных частиц, удаляемых в нижнем направлении через разгрузочный клапан. Мелкие легкие частицы увлекаются циклонным потоком воздуха вверх и направляются на дополнительную сепарацию.

Смешивание – важнейшая из подготовительных операций, она производится путем приготовления из металлопорошков различного химико-гранулометрического состава (возможны легирующие добавки порошков неметаллических элементов) однородной субстанции – шихты. От того, насколько тщательно происходит смешивание, зависит однородность шихты, что исключительно важно для конечных функциональных свойств готовой металлокерамической продукции. Чаще всего смешивание порошковых составляющих осуществляют механическим способом с применением специальных миксерах. Смешивание, не сопровождающееся измельчением, выполняют в миксерах непрерывного действия барабанного, шнекового, лопастного, центробежного и других типов. По завершении процесса получаемая шихта тщательно высушивается и просеивается.

Формование (формовка) в порошковой металлургии – это технологическая стадия, целью которой является уплотнение поступающего в пресс-форму заданного количества готовой сыпучей шихты и ее обжатие для придания форморазмеров готового к последующему спеканию изделия. Деформация частиц при формовке по своему генезу может быть одновременно упругой, хрупкой и пластической. Формовка шихты в большинстве случаев осуществляется путем ее размещения в прочных стальных пресс-формах и последующего спрессовывания под давлением от 30 до 1200 МПа на прессовых агрегатах механического, пневматического или гидравлического принципа действия.

Последней стадией технологического метода порошковой металлургии является термическая обработка сформованных заготовок. Она осуществляется методом спекания. Спекание – одна из наиболее ответственных технологических процедур в рамках метода ПМ, в результате которой малопрочные заготовки преобразуются в исключительно прочные спеченные тела. В ходе спекания из заготовки удаляются адсорбированные в них газы, происходит возгонка нежелательных примесей, и снимаются остаточные напряжения в частицах и точках контакта между ними, устраняются оксидные пленки, происходит диффузионное преобразование поверхностного слоя, качественно преобразуется форма пор. Спекание осуществляют двумя способами: твердофазным (по мере нагрева заготовок не образуется жидкий расплав одного из компонентов), и жидкофазным. В результате спекания получается металлический брусок или пластина, которые и становиться основой для изготовления ножа.

Преимущества порошковых сталей

За счёт мелких размеров и равномерному распределению карбидов в порошковых сталях можно существенно увеличить степень легирования и объем карбидной фазы, и тем самым повысить стойкостные свойства стали. Достигаются лучшие механические характеристики, в частности порошковые стали гораздо лучше шлифуются и куются. При закалке стали получается более насыщенный твёрдый раствор, более мелкое и равномерное зерно, что способствует некоторому повышению твёрдости, теплостойкости, механических свойств и коррозионной стойкости. Порошковая технология позволяет достаточно легко получать высокоазотистые стали методами твердофазного азотирования. В целом порошковый передел практически не имеет недостатков, повышая все качества стали.

Статья : «Порошковая металлургия»

За последние годы в машиностроении всё шире применяется порошко вая металлургия для получения материалов, обладающих высокими твердостью, износостойкостью, жаропрочностью и другими исключительными свойствами.

Создать такие материалы можно только методами порошковой металлургии. Образующиеся сплавы называют металлокерамическими, так как технология их изготовления аналогична производству изделий из керамики. Так были получены твердые металлокерамические материалы для изготовления инструмента при обработке металлов резанием, для бурения горных пород, Порошковая металлургия позволяет создать сплавы любого состава из металлических или смеси металлических и неметаллических порошков, сплавы с заранее заданными свойствами. Порошковой металлургией можно получать изделия из особо тугоплавких материалов, пористые материалы и детали из них, детали, состоящие из двух или более слоев различных металлов и сплавов.

Использование этого метода обеспечивает значительное снижение потерь металла.

К недостаткам порошковой металлургии следует отнести высокую стоимость металлических порошков, значительные расходы на изготовление пресс-форм и другой оснастки, низкие показатели вязкости и пластичности.

Условно различают два способа изготовления металлических порошков:

При физико-механическом способе изготовления порошков превра щение исходного материала в порошок происходит путём механического измельчения в твёрдом или жидком состоянии без изменения химического состава исходного материала. К физико-механическим спо собам относят дробление и размол, распыление, грануляцию измельчаемого материала.

При химико-металлургическом способе получение порошков осуществляется в результате химических реакций и физических про цессов, протекающих между твёрдыми, жидкими и газообразными веществами. Это реакции восстановления, замещения, разложения, процессы конденсации и др. В случае необходимости исходные компо ненты подвергают предварительной подготовке: отжигу, нанесени ю защитных и технологических покрытий. Окислы металлов можно восстанавливать газообразными или твёрдыми восстановителями. Наибольшее практическое применение нашли газообразные углеродистые и углеводородистые соединения (природный газ, доменный, углекислый газ) и водород. Электролизом водных растворов солей получают тонкие и чистые порошки различных металлов и сплавов. Наиболее дешевые порошки изготовляют методом распыления расплавленного металла. Металл расплавляют, как правило, в электропечах. Для распыления используют воздух, азот, аргон.

Рисунок 1 - Схема установки для распыления порошков:

1 — тигель с расплавом; 2 —керамическая воронка; 3 —форсунка;

4 — приёмный бункер

Ни один из способов получения порошков не даёт частиц одинаковых размеров. Поэтому полученные порошки сортируют по фракци ям. Для грубодисперсных порошков (от 40 до 1000 мкм) ситовым ме тодом. Для более тонких фракций (от 0,01 до 80 мкм) седиментационным методом (с использованием зависимости скорости осаждения частиц в жидкости от их размера).

Форма частиц определяет их удельную поверхность и существен но влияет на технологические свойства порошка:

насыпную плот ность;

текучесть (скорость высыпания из воронки).

Для очистки порошков от примесей применяют магнитную сепара цию, промывку или химическую обработку. Для снятия наклепа, повы шения пластичности, а также восстановления окисленных металли ческих порошков их отжигают в восстановительной среде, под вакуумом при температуре примерно в два раза меньшей, чем температура плавления этих металлов.

В отличие от упругой среды, которую представляют, например, ком пактные поликристаллические литые или обработанные давлением металлы, мало и упруго изменяющие объём при повышении давления, порошки оценивают как дискретную среду, объёмная масса которой из меняется с изменением давления.

Технологический процесс изготовления изделий из металлических порошков состоит из следующих операций:

подготовка смеси для формования;

формование заготовок или изделий;

спекание заготовок или изделий.

Подготовка смеси для формования заключается в перемешива нии порошков металлов, химических соединений, пластификаторов, растворителей. Смешивание происходит во вращающихся барабанах и других смесителях.

Формование заготовки или изделий осуществляется путем хо лодного прессования в металлических формах, мундштучного или гидростатического прессования, холодной прокаткой или шликерным литьем.

Спекание - ответственная операция технологического процесса. В результате спекания отформованные заготовки и из делия приобретают требуемые физико-механические свойства. При спекании происходят сложные физические и физико-химические процессы (диффузия, самодиффузия, восстановление поверхностных оксидов и др.). Механическая связь между частицами, образовавшаяся в процессе формования заменяется межатомной, за счет чего изделие приобретает необходимую прочность. В процессе спекания происходит усадка, уменьшается пористость и возрастает плотность материала. Спе кание изделий из однородных металлических порошков происхо дит при температуре, составляющей 70. 90 % температуры плав ления металла. Спекание изделий из смеси нескольких металлических порошков можно производить в твердой фазе или при наличии твердой и жидкой фаз. В первом случае температура спекания несколько ниже температуры наиболее легкоплавкого металла, во втором — выше температуры наиболее легкоплавкого металла, но ниже температуры плавления основного компонента.

Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере ней тральных газов (гелий, аргон) или в вакууме. С повышением температуры и продолжительности спекания увеличивается усадка, плотность и улучшаются контакты между зернами. Для каждого металла или сплава характерна определенная, наиболее благоприятная температура, при которой происходит резкое уве личение плотности и прочности изделий, дальнейшее повыше ние температуры приводит к ухудшению их свойств.

Для получения необходимых размеров металлокерамические изделия подвергают калибровке, обработке резанием, химико-термической обработке (азотирование, хромирование, цианирование и др.), повторному прессованию.

Прессование и прокатку можно производить в горячем со стоянии. При этом операции формования и спекания совмеща ют. Во избежание окисления эти операции следует выполнять в защитной атмосфере или в вакууме. Недостатками горячего прес сования и прокатки являются их сложность и малая производи тельность.

Ниже представлены фотографии изделий очень сложной формы, полученные лазерным спеканием из порошка нержавеющей стали 07Х18Н12М2 в АО «Центр технологической компетенции аддитивных технологий» , г. Воронеж

Рисунок 1 – Фотографии изделий из металлического порошкового материала

Там же разработана технология селективного лазерного спекания полимерных порошков ( sls ) и система прототипирования на основе термопластичных полимеров ( fdm )

Рисунок 2 – Фотографии изделий из полимерных порошков

На 3 D – принтерах можно изготавливать модели для получения отливок

Рисунок 3 – Выжигаемая мастер - модель

Принтеры, применяемые при изготовлении изделий из порошковых материалов

Рисунок 4 – 3 D – принтеры (сверху вниз): «Альфа 2» с возможностью автономной печати и одновременной печати двумя различными материалами; «Альфа» - учебно-бытовой

Продукты порошковой металлокерамики и области их использования

Металлокерамические материалы, изготавливаемые при помощи метода порошковой металлургии, называются спеченными. Все спеченные материалы подразделяют на ряд функциональных категорий.

Конструкционная металлокерамика, обладающая высокими механическими характеристиками, используется в машиностроении для производства высоконагруженных деталей (шестерни, зубчатые колеса, червячные пары, клапаны, муфты и т.д.).

Структура антифрикционных металлокерамических материалов построена таким образом, что в ней органично сочетаются твердая матрица и мягкий наполнитель, чего можно добиться лишь порошковым методом. Антифрикционные материалы имеют стабильно невысокий коэффициент трения и хорошо прирабатываются. Из них производят, в частности, большинство разновидностей подшипников скольжения.

Фрикционную металлокерамику отличают прочность и высокие показатели стойкости к износу. Поэтому она находит особенно широкое применение в станкостроении при изготовлении узлов передачи кинетической энергии.

Фильтрующие спеченные материалы, в отличие от получаемых иными способами, имеют более оптимальные значения термостойкости, очистительной способности, абразивной износостойкости и прочих функциональных параметров. Помимо непосредственно фильтров, из них также производят специальные уплотнительные прокладки, элементы пламегасителей, систем антиобледенения, конденсаторов и целый ряд других изделий.

Порошковые твердые сплавы обладают композитной структурой, включающей в себя частицы тугоплавких карбидов высокой твердости (WC, TiC и т.д.) и пластичное металлическое связующее (чаще всего зерна Co). Их применяют для производства активных компонентов металлорежущего, штамповочного, бурового инструмента.

К категории высокотемпературной порошковой металлокерамики принадлежат сплавы на базе тугоплавких металлов (W, Mo, Nb, Та, Zr, Re, Ti и др.). Они востребованы в космической, авиационной, судостроительной, электротехнической, радиоэлектронной и многих других отраслях. Электротехническая порошковая металлокерамика – это так называемые псевдосплавы сложной композиционной структуры, получение которых иными способами не представляется возможным. Они незаменимы для изготовления электрических контактных групп, на их основе производят постоянные магниты, ферриты, другие токопроводящие материалы и диэлектрики.

Порошковая металлокерамика для ядерной энергетики с набором особых свойств (на основе В, Hf, Cd, Zr, W, Pb, U, РЗЭ и т.д.) применяется в изготовлении регуляционных стержней, ТВЭЛов, замедлителей, поглотителей, других компонентов атомных реакторов.

Рисунок 1. Изделия порошковой металлургии.

Читайте также: