Порошковая металлургия: Исчерпывающее руководство для начинающих

Порошковая металлургия - это производственный процесс, в котором в качестве сырья используется металлический порошок или смесь металлического и неметаллического порошка. Затем порошок формуется и спекается для получения различных металлических материалов, композитных материалов и различных видов изделий. Порошковая металлургия имеет общие черты с производством керамики и относится к [...]...

Оглавление

Порошковая металлургия - это производственный процесс, в котором в качестве сырья используется металлический порошок или смесь металлического и неметаллического порошка. Затем порошок формуется и спекается для получения различных металлических материалов, композитных материалов и различных видов изделий.

Порошковая металлургия имеет общие черты с производством керамики и относится к семейству технологий спекания порошков. В результате ряд новых технологий порошковой металлургии может быть использован и для создания керамических материалов.

Преимущества технологии порошковой металлургии сделали ее важнейшим инструментом в решении новых материальных проблем и сыграли решающую роль в развитии новые материалы.

Порошковая металлургия включает в себя создание порошка и производство изделий из него. Как следует из названия, порошковая металлургия - это прежде всего металлургический процесс.

Продукты, созданные с помощью порошковой металлургии, часто выходят за пределы сферы материалов и металлургии, охватывая множество областей, таких как материаловедение и металлургия, машиностроение и механика.

Современная 3D-печать металлическими порошками, в частности, объединяет различные технологии, такие как машиностроение, САПР, обратное проектирование, многослойное производство, числовое программное управление, материаловедение и лазерные технологии. Благодаря этой интеграции технология производства изделий из порошковой металлургии стала комплексной и современной технологией, охватывающей несколько дисциплин.

1. Порошковая металлургия Характеристики

Порошковая металлургия обеспечивает особый химический состав, а также механические и физические свойства, которые недостижимы при традиционном сплавлении. методы литья.

Методы порошковой металлургии позволяют напрямую получать пористые, полуплотные или полностью плотные материалы и изделия. К ним относятся маслосодержащие подшипники, шестерни, кулачки, направляющие, инструменты и другие изделия, которые требуют меньшей резки в процессе производства.

(1) Технология порошковой металлургии позволяет минимизировать сегрегацию компонентов сплава и устранить грубую и неравномерную структуру отливки.

Производство высокоэффективных материалов, таких как редкоземельные постоянные магниты, редкоземельные материалы для хранения водорода, редкоземельные люминесцентные материалы, редкоземельные катализаторы, высокотемпературные сверхпроводники и новые металлические материалы, такие как сплав Al-Li, жаропрочный сплав Al, суперсплав, порошковая коррозионностойкая нержавеющая сталь, порошковая быстрорежущая сталь, а также высокотемпературные конструкционные материалы, такие как интерметаллические соединения, имеет решающее значение.

(2) Можно получать различные высокоэффективные неравновесные материалы, включая аморфные, микрокристаллические, квазикристаллические, нанокристаллические и пересыщенные твердые растворы.

Эти материалы обладают превосходными электрическими, магнитными, оптическими и механическими свойствами.

(3) Порошковая металлургия позволяет легко реализовать различные типы рекомбинации и дает возможность каждому из компонентов материала в полной мере проявить свои характеристики. Эта технология идеально подходит для производства высокоэффективных композиционных материалов на основе металлов и керамики по низкой цене.

(4) С помощью порошковой металлургии становится возможным производство материалов и изделий с особыми структурами и характеристиками, недостижимыми при использовании обычных методов выплавки. Примерами таких материалов являются новые пористые биологические материалы, пористые разделительные мембраны, высокоэффективные конструкционные керамические абразивы и функциональные керамические материалы.

(5) Порошковая металлургия делает возможным формирование сеток и автоматизированное массовое производство, что позволяет эффективно сократить производственные ресурсы и энергопотребление.

(6) Использование порошковой металлургии позволяет полностью использовать такое сырье, как руда, хвосты, сталеплавильный шлам, стальная окалина и отходы металлообработки. Это новая технология, позволяющая эффективно регенерировать материалы и всесторонне их использовать.

Технология порошковой металлургии также используется для создания обычных инструментов для обработки и оборудования шлифовальные инструменты.

С точки зрения производства материалов, метод порошковой металлургии позволяет создавать конструкционные, функциональные и композиционные материалы с уникальными свойствами.

(1) Порошковая металлургия позволяет создавать материалы с особыми характеристиками, которые недостижимы при использовании обычных методов плавки:

1) Позволяет контролировать пористость изделий;

2) Используется комбинированное действие металлов с другими металлами и неметаллами для получения материалов с различными специфическими свойствами;

3) Он может производить различные композитные материалы;

(2) Некоторые материалы, полученные методом порошковой металлургии, демонстрируют более высокие характеристики по сравнению с материалами, изготовленными стандартными методами плавки:

1) Свойства высоколегированных материалов порошковой металлургии превосходят свойства материалов, полученных методом литья;

2) Производство огнеупорных металлические материалы и изделий, как правило, опирается на порошковую металлургию;

Если говорить о производстве механических деталей, то порошковая металлургия представляет собой новый процесс минимальной или необрезной обработки, значительно сокращающий объем необходимой механической обработки, сохраняющий металлические материалы, и повышение производительности труда.

Таким образом, порошковая металлургия - это и технология, позволяющая получать материалы с уникальными свойствами, и процесс производства экономически эффективных высококачественных механических деталей.

2. Процесс порошковой металлургии

(1) Производство порошка. Этот процесс включает в себя создание и смешивание порошка. Для улучшения формуемости и пластичности порошка в него часто добавляют пластификаторы, такие как бензин, каучук или парафин.

(2) Нажмите кнопку формирования. Порошок прессуется в требуемую форму под давлением 500-600 МПа.

(3) Спекание. Этот этап осуществляется в высокотемпературной или вакуумной печи под защитной атмосферой. Спекание не похоже на плавление металлов: в ходе процесса хотя бы один элемент остается твердым. Во время спекания частицы порошка проходят ряд физико-химических процессов, таких как диффузия, рекристаллизация, сваривание, объединение и растворение, превращаясь в металлургические изделия с определенной пористостью.

(4) Постобработка. Как правило, спеченные детали можно использовать напрямую. Однако для деталей, требующих высокой точности и обладающих высокой твердостью и износостойкостью, необходима обработка после спекания. К ним относятся прецизионное прессование, прокатка, экструзия, закалка, упрочнение поверхностипропитка маслом и инфильтрация.

Современный процесс порошковой металлургии:

  • Производство порошка
  • Подготовка заготовок
  • Спекание

3. Три важные вехи в развитии порошковой металлургии:

Первая - это преодоление трудностей, возникающих в процессе литья тугоплавких металлов, таких как вольфрам и молибден.

Вторая - успешное производство пористых подшипников, пропитанных маслом, с использованием методов порошковой металлургии в 1930-х годах.

Третье - развитие в направлении более совершенных новых материалов и процессов.

4. Как понять "Технология порошковой металлургии одновременно древняя и молодая"?

Порошковая металлургия - это развивающаяся область, однако она также имеет древние корни. Археологические находки свидетельствуют о том, что еще в 3000 году до н. э. египтяне использовали тип мехов для восстановления оксида железа до губчатого железа с углеродом. Затем при высоких температурах его ковали в плотный блок и забивали в железные предметы. В III веке индийские кузнецы использовали этот метод для создания "Делийского столпа" весом 6,5 тонны.

В начале XIX века в России и Англии появились процессы холодного прессования и спекания платинового порошка для получения плотной платины, которая затем перерабатывалась в платиновые изделия. Использование этого процесса порошковой металлургии прекратилось после внедрения плавки платины в 1850-х годах, но он заложил прочный фундамент современной порошковой металлургии.

Порошковая металлургия не получила бурного развития до появления в 1909 году вольфрамовой нити для лампочек У. Д. Кулиджа.

5. Стратегическое значение развития современной порошковой металлургии

Она играет важную роль в энергосбережении, повышении эффективности использования материалов, улучшении эксплуатационных характеристик, повышении производительности труда и охране окружающей среды. Будучи подготовительным методом для создания специальных и высокоэффективных материалов, она способствует росту оборонной промышленности и технологических секторов. Появление этой технологии может вызвать революционные изменения в традиционных материальных процессах, придав более богатую и глубокую сущность материаловедению и металлургии.

6. Применение порошковой металлургии

Предприятия, связанные с порошковой металлургией, в основном используются для производства и исследования запасных частей для автомобильной промышленности, производства оборудования, металлургии, аэрокосмической промышленности, военной промышленности, приборостроения, аппаратных инструментов, электронных приборов и других областей. Они также занимаются производством сопутствующего сырья, аксессуаров, различных видов порошкового оборудования и производством оборудования для спекания.

Их продукция включает подшипники, зубчатые колеса, твердосплавные инструменты, пресс-формы, фрикционные изделия и многое другое.

В военной промышленности сверхмощное оружие и техника, такие как бронебойные снаряды, торпеды, самолеты и тормоза танков, требуют использования порошковой металлургии при их производстве.

(1) Применение: (автомобили, мотоциклы, текстильное оборудование, промышленные швейные машины, электроинструменты, скобяные изделия, инженерное оборудование и т.д.) различные детали порошковой металлургии (на основе железа и меди).

Высокоэффективные конструкционные материалы, металлокерамика, сверхпроводящие материалы, аморфные материалы, наноматериалы, композиционные материалы, пористые материалы

Порошковая металлургия имеет широкий спектр применения для решения проблем, связанных с материалами. С точки зрения состав материалаПорошковая металлургия на основе железа, порошковая металлургия цветных металлов и порошковая металлургия редких металлов.

С точки зрения свойства материалаСуществуют как пористые, так и плотные материалы; как твердые, так и мягкие материалы; как тяжелые сплавы, так и легкие пеноматериалы; как магнитные материалы, так и другие функциональные материалы.

Что касается типов материалов, то они бывают металлические материалы и композитные материалы. В широком смысле композитные материалы включают композиты из металла и металла, композиты из металла и неметалла, металлокерамические композиты, дисперсно-упрочненные композиты и композиты, армированные волокном.

Благодаря своим техническим и экономическим преимуществам порошковая металлургия находит все большее применение в народном хозяйстве. Можно сказать, что нет ни одной промышленной отрасли, в которой не использовались бы материалы и изделия порошковой металлургии.

(2) Классификация:

  • Пористый материал порошковой металлургии
  • Антифрикционный материал из порошковой металлургии
  • Фрикционный материал из порошковой металлургии
  • Конструктивные детали из порошковой металлургии
  • Материал пресс-формы порошковая металлургия
  • Электромагнитный материал порошковой металлургии
  • Порошковая металлургия высокотемпературный материал

7. Каковы различия между промышленностью порошковой металлургии развивающихся стран и развитых стран?

Промышленность по производству железных порошков и порошковой металлургии на основе железа не в состоянии удовлетворить потребности национального экономического развития. У нас нет специализированного сектора производства оборудования для порошковой металлургии, и мы страдаем от отсутствия единого национального планирования.

Раздробленность очень велика, интенсивность инвестиций низка, а органичная интеграция исследований, разработок и промышленного производства еще не достигнута. Кроме того, совершенствование промышленной структуры и технического уровня инструментальной промышленности, в том числе режущие инструментыно все еще необходимы.

8. Характеристики и свойства порошков в порошковой металлургии

К ним относятся: геометрические свойства порошка (размер частиц, удельная поверхность, размер и форма пор и т.д.); химические свойства порошка (химический состав, чистота, содержание кислорода и кислоторастворимых веществ и т.д.); механические характеристики порошка (насыпная плотность, текучесть, формуемость, сжимаемость, угол откоса и угол сдвига и т.д.); физические свойства и характеристики поверхности порошка (истинная плотность, блеск, поглощение ударов, активность поверхности, потенциал и магнетизм и т.д.). Свойства порошка в значительной степени определяют характеристики изделий порошковой металлургии.

Самые основные геометрические свойства - это размер и форма частиц порошка.

(1) Размер частиц

Он влияет на обработку и формовку порошка, усадку при спекании и конечные характеристики продукта. Характеристики некоторых продуктов порошковой металлургии почти напрямую зависят от размера частиц.

Размер порошка, используемого в производстве, варьируется от сотен нанометров до сотен микрометров. Чем меньше размер частиц, тем выше активность, а поверхность более склонна к окислению и поглощению воды.

Когда размер частиц уменьшается до определенной степени, начинают играть роль квантовые эффекты, и их физические свойства претерпевают значительные изменения, например, ферромагнитный порошок превращается в суперпарамагнитный, а температура плавления снижается по мере уменьшения размера частиц.

(2) Форма частиц порошка зависит от метода его производства.

Например, порошок, полученный электролизом, имеет дендритную форму; железный порошок, полученный восстановлением, имеет губкообразную форму; а порошок, полученный газовым распылением, преимущественно сферический.

Кроме того, некоторые порошки имеют яйцевидную, дисковидную, иглообразную или луковичную форму.

Форма частиц порошка влияет на текучесть и насыпную плотность порошка, а благодаря механическому сцеплению между частицами порошки неправильной формы также обладают высокой прочностью уплотнения, особенно дендритные порошки, которые имеют самую высокую прочность уплотнения. Однако для пористых материалов предпочтительны сферические порошки.

Механические свойства порошка, или технологичность порошка, являются важными техническими параметрами процесса формования в порошковой металлургии. Насыпная плотность порошка является основой для измерения объема при сжатии; текучесть порошка определяет скорость заполнения порошка в матрице и производительность пресса; сжимаемость порошка определяет сложность процесса прессования и уровень прилагаемого давления; формуемость порошка определяет прочность компакта.

Химические свойства в основном зависят от химической чистоты сырья и метода производства порошка. Повышенное содержание кислорода может снизить производительность прессования, компактность и механические свойства спеченных изделий, поэтому большинство технических условий в порошковой металлургии предусматривают это.

Например, допустимое содержание кислорода в порошке составляет от 0,2% до 1,5%, что эквивалентно содержанию оксида от 1% до 10%.

(1) Гранулярность и распределение

Наименьшим независимым образованием в порошке является отдельная частица. Фактические порошки обычно состоят из агрегированных частиц, также известных как вторичные частицы. Процентное соотношение различных размеров в частицах порошка составляет распределение зернистости.

(2) Форма частиц

Это относится к геометрическому виду частиц порошка. Обычно они имеют сферическую, цилиндрическую, игольчатую, пластинчатую и чешуйчатую формы, которые можно определить с помощью микроскопического наблюдения.

(3) Удельная площадь поверхности

Это общая площадь поверхности на единицу массы порошка, которая может быть измерена эмпирически. Величина удельной поверхности влияет на поверхностную энергию порошка, адсорбцию на поверхности, агломерацию и другие свойства поверхности.

Производительность порошка

Технологические характеристики порошка включают текучесть, наполняемость, сжимаемость и формуемость.

(1) Характеристики наполнения

Это степень рыхлости или компактности порошка при свободной укладке без внешних условий, обычно представленная насыпной плотностью или плотностью укладки. Характеристики наполнения порошка связаны с размером, формой и поверхностными свойствами частиц.

(2) Текучесть

Это относится к способности порошка к текучести, часто представляемой временем, необходимым для вытекания 50 граммов порошка из стандартной воронки. На текучесть влияет адгезия частиц.

(3) Сжимаемость

Этот показатель представляет собой способность порошка сжиматься в процессе прессования, представленную плотностью прессования, достигнутой при определенном давлении, измеренном при определенных условиях смазки в стандартной пресс-форме.

Факторы, влияющие на сжимаемость порошка, включают пластичность или микротвердость частиц; пластичные металлические порошки обладают лучшей сжимаемостью, чем твердые, хрупкие материалы. Форма и структура частиц также влияют на сжимаемость порошка.

9. Каковы общие методы подготовки порошка?

Для удовлетворения различных требований, предъявляемых к порошкам, существуют разнообразные методы производства, позволяющие переводить металлы, сплавы или металлические соединения из твердого, жидкого или газообразного состояния в порошкообразную форму. Различные методы получения порошков, а также типичные примеры получаемых порошков подробно описаны в таблице.

Методы получения порошка в твердом состоянии включают в себя:

1. Извлечение порошков металлов и сплавов из твердых металлов и сплавов путем механического измельчения и электрохимической коррозии;

2. Получение порошков металлов и сплавов из твердых оксидов и солей металлов методом восстановления; и получение порошков соединений металлов из порошков металлов и неметаллов, а также оксидов металлов и неметаллических порошков методом восстановления-комбинации.

Методы приготовления порошка в жидком состоянии включают в себя:

1. распыление жидких металлов и сплавов для получения порошков металлов и сплавов;

2. вытеснение и восстановление растворов солей металлов для получения порошков металлов, сплавов и покрытий методами вытеснения и восстановления водородом растворов; осаждение порошков металлов из расплавленных солей методом осаждения расплавленных солей; получение порошков соединений металлов из вспомогательных металлических ванн методом металлических ванн;

3. электролиз растворов солей металлов для получения порошков металлов и сплавов методом водного электролиза; получение порошков металлов и соединений металлов путем электролиза расплавленных солей металлов методом электролиза расплавленных солей.

Методы приготовления порошков в газообразном состоянии включают в себя:

1) метод конденсации паров для получения металлических порошков из паров металлов;

 2) термическое разложение газообразных карбонилов металлов для получения металлов, сплавов и порошков с покрытиями;

3) метод газофазного восстановления водорода для получения металлов, порошков сплавов и покрытий металл/сплав из газообразных галогенидов металлов;

4) метод химического осаждения из паровой фазы для получения порошков металлических соединений и покрытий из газообразных галогенидов металлов.

Однако по сути существующие методы приготовления порошков можно разделить на два основных типа: механические и физико-химические. Механический метод предполагает механическое измельчение сырья без существенного изменения его химического состава.

Физико-химический метод использует химические или физические эффекты для изменения химического состава или агрегатного состояния сырья с целью получения порошков. Существуют различные методы производства порошков.

В промышленных масштабах наиболее широко используются такие методы, как восстановление, распыление и электролиз. Методы осаждения паров и осаждения жидкостей также важны для специальных применений.

10. Каковы характеристики порошков, полученных методом двухжидкостного распыления, методом механической пульверизации и методом углеродной редукции?

1. Характеристики порошка двухжидкостного распыления:

Порошок, полученный распылением воды, обычно имеет неправильную форму с высоким содержанием кислорода на поверхности. Порошок, полученный распылением газа, обычно имеет сферическую форму, а если для распыления используется инертный газ, то содержание кислорода относительно низкое.

2. Механическая пульверизация

Этот метод обычно подходит для приготовления порошков из хрупких материалов. Форма частиц неправильная, а размер неравномерный.

3. Сокращение выбросов углекислого газа

11. Механические методы измельчения применяются в основном для дробления хрупких металлов и сплавов, а такие методы, как вихревое измельчение и измельчение в холодном воздушном потоке, - для ковких металлов и сплавов.

12. Основные факторы, определяющие форму частиц порошка:

Форма частиц порошка зависит от метода его получения. Например, при электрохимических процессах получаются дендритные частицы, при восстановительных методах - частицы железа, похожие на губку, а при газовом распылении обычно получается сферический порошок.

Кроме того, некоторые порошки могут иметь яйцевидную, дисковидную, остроугольную или луковицеобразную форму.

13. Взаимосвязь между формой частиц и производительностью процесса и свойствами продукта:

Форма частиц порошка влияет на его текучесть и плотность упаковки.

Благодаря механическому сцеплению между частицами нерегулярные порошки также обладают большей прочностью прессования, особенно дендритные порошки, которые демонстрируют самую высокую прочность прессования.

Однако для пористых материалов оптимальны сферические порошки.

14. Классификация методов порошкового формования:

В зависимости от типа порошкового материала: Методы формовки порошковой металлургии и методы формовки керамики;

В соответствии с характеристиками заготовок: Сухое формование заготовок, пластиковое формование заготовок, шликерное формование;

В зависимости от непрерывности формовки: Непрерывное формование, Непрерывное формование;

В соответствии с потребностью в пресс-форме: Литье в пресс-форму, Литье без пресс-формы.

15. Индекс пластичности порошковых заготовок

Пластиковые заготовки содержат больше различных видов формовочных веществ, чем сухие заготовки, обычно не более 20% - 30%.

Заготовка находится в полутвердом состоянии, обладает определенными реологическими свойствами и отличной пластичностью. Она может сохранять свою форму после формования или после охлаждения (см. стр. 15 в книге).

16. Причины определенной прочности формованных заготовок:

Формованные заготовки обладают определенной прочностью благодаря сцеплению частиц и эффекту сохранения формы, вызванному другими факторами.

Они выдерживают собственный вес и соответствующие усилия, возникающие на последующих этапах обработки, предотвращая повреждение до завершения спекания.

17. Давление формования не должно быть слишком высоким для огнеупорного керамического порошка:

Для огнеупорных порошков, таких как керамический порошок, с очень низкой способностью к пластической деформации, под высоким давлением происходит большая упругая деформация.

Когда давление снимается, частицы отскакивают, сжатый газ восстанавливается, что приводит к хрупкому разрушению. Поэтому давление формования не должно быть слишком высоким.

18. Факторы, влияющие на упругий эффект:

Чем больше давление формования, тем больше упругий эффект в целом; чем мельче частицы порошка и чем сложнее их форма, тем выше упругий эффект компакта; упругий эффект компакта уменьшается с увеличением пористости компакта; при добавлении в порошок поверхностно-активной смазки поверхность частиц порошка активируется за счет адсорбции, облегчая деформацию частиц и переход от упругой деформации к пластической, что значительно снижает величину упругого афтерэффекта; неповерхностно-активные смазки почти не влияют на величину упругого афтерэффекта; материал и структура пресс-формы также значительно влияют на величину упругого афтерэффекта.

19. Распределение давления при сжатии

Распределение давления при сжатии зависит от используемого метода.

Однонаправленное сжатие: Из-за трения о стенки формы сжимающая сила, действующая сверху вниз на край уплотнения, постоянно уменьшается, что приводит к снижению его плотности.

Частицы, находящиеся на нижней границе уплотнения, испытывают наименьшее давление и, следовательно, имеют наименьшую плотность.

Двунаправленное сжатие: Высокое давление сверху и снизу, низкое давление в середине. Хотя этот метод не уменьшает трение при формовке, эффективное расстояние передачи градиента давления сокращается вдвое.

Таким образом, уменьшение сжимающего усилия из-за трения составляет лишь половину от того, что происходит при однонаправленном сжатии.

Изостатическое сжатие: Давление со всех сторон равномерное и постоянное.

(При уплотнении порошка в пресс-форме на него действуют два вида сжимающих сил: одна часть силы используется для преодоления внутреннего трения порошка и вызывает его смещение и деформацию; другая часть силы используется для преодоления внешнего трения между порошком и стенками пресс-формы.

Общее давление при сжатии равно сумме этих двух сил. Поскольку порошок при сжатии стремится течь во всех направлениях, он оказывает боковое давление на стенки формы).

20. Причины падения давления

Основными причинами падения давления являются внутреннее трение между частицами порошка и внешнее трение между порошком и стенками фильеры.

Наличие внешнего трения приводит к постоянной потере давления, поскольку сжимающая сила на компактной поверхности передается вниз вдоль оси.

21. Характеристики и причины распределения плотности полос порошковой прокатки:

По длине: Плотность полосовой заготовки постепенно увеличивается от начального конца, остается постоянной в течение стабильной стадии и постепенно уменьшается от стабильной стадии к нестабильной конечной стадии.

Причина: На этапе начала прокатки из-за увеличения укуса и уплотнения порошка происходит упругая деформация. Откушенный порошок создает расклинивающую силу, увеличивая зазор между валками, чтобы больше порошка попало в зону деформации.

Когда сила расклинивания порошка и сопротивление упругой деформации стана уравновешиваются, образуется зона уплотнения, и прокатка переходит в стабильную стадию. Признаком достижения стабильной стадии является постоянная плотность по всей длине.

На стадии нестабильного окончания порошок в загрузочном бункере опускается на определенную высоту, количество порошка, подвергшегося деформации, уменьшается, нагрузка на прокатку также падает, упругая деформация прокатки уменьшается, а зазор между прокатами восстанавливается до своего первоначального размера. Поэтому плотность постепенно уменьшается по длине.

Толщина: Плотность выше в центре и ниже по краям, симметричное распределение вокруг центра.

Причина: В слое порошка, контактирующем с поверхностью прокатки, первичное напряжение является растягивающим из-за трения, в то время как слой порошка в центре находится под разнонаправленным сжимающим напряжением. Деформация порошка на поверхности полосовой заготовки несколько сдерживается, что приводит даже к неравномерному растяжению.

Поэтому степень сжатия центрального слоя порошка относительно выше. При определенных условиях такое различие в напряженном состоянии может вызвать расслоение по толщине полосы.

Ширина: Плотность выше в центре и ниже по краям.

Причина: Во время прокатки порошок в центре и на краях движется с разной скоростью к зоне деформации по ширине. Эта неравномерность потока порошка в конечном итоге приводит к неравномерному распределению плотности по ширине.

Хотя порошок на краях должен иметь более высокую плотность после прокатки за счет более быстрого потока, трение между порошком и перегородкой и неизбежная потеря порошка на краях обычно приводят к образованию зоны низкой плотности определенной ширины на краях.

22. Факторы, влияющие на толщину и плотность полосовой заготовки, и механизмы их воздействия

1. Влияние свойств порошка

(1). Влияние текучести порошка на характеристики заготовки

Текучесть порошка напрямую влияет на плотность и однородность заготовки, что сказывается на угле откусывания при прокатке. Толщина и средняя плотность заготовки уменьшаются по мере ухудшения текучести порошка.

(2). Влияние насыпной плотности порошка на характеристики заготовки

При меньшей насыпной плотности порошок имеет более сложную форму, большую удельную поверхность, меньший диаметр частиц и лучшие прокатные свойства. Его можно прокатать в заготовку с более высокой прочностью. Насыпная плотность порошка оказывает значительное влияние на характеристики прокатанной заготовки. При увеличении насыпной плотности порошка плотность и толщина полученной заготовки также увеличиваются. Плотность и толщина прокатанной заготовки прямо пропорциональны насыпной плотности порошка. Это объясняется тем, что при одинаковой толщине откуса порошок с большей насыпной плотностью будет пропорционально увеличивать количество откушенного порошка во время прокатки, что, естественно, приведет к увеличению толщины и плотности заготовки.

2. Влияние диаметра валков

Для заготовки заданной плотности ее толщина увеличивается с увеличением диаметра валка; плотность заготовки, прокатанной большим валком, выше, чем у заготовки, прокатанной малым валком.

Предполагая, что значение коэффициента сжатия одинаково, и учитывая угол откусывания и плотность прокатанной заготовки, можно сделать вывод, что сечение откусывания порошка прямо пропорционально толщине заготовки.

3. Влияние метода кормления

Если другие условия прокатки остаются неизменными, только изменение количества подачи влияет на толщину или плотность прокатанной заготовки. Если толщина заготовки остается неизменной, а количество подачи уменьшается, то плотность прокатанной заготовки неизбежно уменьшится, и наоборот.

Порошок перед зоной деформации прокатки предварительно сжимается под действием давления, оказываемого колонной материала или принудительной подачей, что приводит к увеличению насыпной плотности порошка.

Порошковое тело в зоне деформации предварительно сжимается, увеличивая свою относительную плотность и вызывая увеличение значения коэффициента бокового давления, что приводит к увеличению угла откуса; порошковое тело в зоне деформации подвергается давлению, вызывая уменьшение значения коэффициента растяжения, что в свою очередь увеличивает относительную плотность прокатанной заготовки.

4. Влияние скорости прокатки

В условиях фиксированной скорости подачи и зазора между валками увеличение скорости прокатки снижает плотность и толщину прокатанной полосы. Это объясняется тем, что скорость прокатки напрямую влияет на величину коэффициента трения, который уменьшается с увеличением скорости.

5. Влияние атмосферы при прокатке

Использование низковязкого газа (например, водорода) в качестве атмосферы для прокатки благоприятно для повышения плотности и толщины полосы. При неизменных прочих условиях плотность и толщина полосы, прокатанной в водороде, может увеличиться на 70% по сравнению с полосой, прокатанной в воздухе.

Использование метода снижения давления воздуха или наполнение порошка маловязким газом при прокатке, особенно для мелкозернистых порошков, позволяет получить равномерно плотные полосы. Чтобы получить полосу определенной толщины и плотности, можно снизить давление прокатной атмосферы.

6. Влияние размера зазора между валками

При уменьшении расстояния между валками толщина полосы уменьшается, коэффициент сжатия увеличивается, а плотность полосы впоследствии возрастает.

7. Влияние степени обработки поверхности валков

Толщина полосы, прокатанной валком с пескоструйной обработкой, в два раза больше, чем у валка с высокой степенью полировки. Это объясняется увеличением коэффициента трения между телом порошка и поверхностью валка, а также увеличением угла захвата.

23. Влияние коэффициента сжатия, угла конуса и длины ленты экструзионного сопла на силу экструзии и качество заготовок

Величина усилия выдавливания зависит от степени сжатия; при большей степени сжатия требуется большее усилие выдавливания.

Чем больше угол конуса, тем больше сопротивление экструзии, что требует большего усилия экструзии. Если лента для нанесения размеров длинная, то дополнительная внутреннее напряжение увеличивается, и заготовка становится склонной к образованию продольных трещин.

С другой стороны, если лента слишком коротка, экструдированная заготовка склонна к упругому расширению, что приводит к появлению поперечных трещин.

24. Типы методов формования суспензий

Методы формования шлама делятся на базовые и ускоренные. К базовым относятся формование полых и сплошных шламов, к ускоренным - формование в вакууме, под давлением и центробежное формование шламов.

25. Самый важный процесс в литье под давлением: P118

Наиболее важным процессом в литье под давлением является этап обезжиривания. Обезжиривание подразумевает удаление органических веществ из литьевого тела с помощью нагрева и других физических методов, что приводит к минимальному количеству спекания.

Это самый сложный и значимый фактор в литье под давлением и самый длительный этап процесса.

26. Возникновение порошкового литья под давлением

Литье под давлением с использованием порошка - это новый процесс, сочетающий технологию порошковой металлургии с литьем пластмасс под давлением. Процесс включает в себя равномерное смешивание порошка с термопластичным материалом (например, полистиролом) для создания текучей субстанции с хорошими текучими свойствами при определенных температурных условиях.

Затем это жидкое вещество впрыскивается в форму при определенных условиях температуры и давления на машине для литья под давлением. Этот процесс позволяет получать заготовки сложной формы. Полученные заготовки после обработки растворителем или удаления специального связующего в печи термического разложения подвергаются спеканию.

27. Определения, процесс и особенности прессования порошка, вальцовки, экструзионного формования, литья в шлам и литья под давлением.

Прессование Формование:

Определение: Прессование относится к процессу, при котором порошкообразный материал формуется в определенную форму (прессованная заготовка) путем однонаправленного прессования в стальной пресс-форме.

Прокатное формование:

Определение: Вальцовка - это когда металлический порошок, непрерывно подаваемый подающим устройством в зазор между двумя вальцовочными цилиндрами, движущимися в противоположных направлениях по одной плоскости, уплотняется в непрерывную заготовку под давлением цилиндров.

Процесс: Подача, прокатка, формовка, спекание.

Особенности: Подходит для производства полос или листов с относительно простой формой поперечного сечения, относящихся к непрерывному процессу формования. Возможность производства полос и листов с точным составом. Процесс простой, недорогой, энергосберегающий, с высоким выходом и низкими инвестициями в оборудование.

Экструзионное формование:

Определение: Экструзионное формование - это тип формование пластика метод, при котором пластиковый порошок или заготовка помещается в экструдер и под действием внешней силы выдавливается через устье фильеры в заготовку определенной формы. В этом методе формования устье фильеры служит формовочной массой, и, изменяя устье фильеры, можно экструдировать заготовки различной формы.

Процесс: Смешивание порошкового материала и пластификатора, верхнее давление, экструзия, экструдированная заготовка.

Особенности: Подходит для трубчатых изделий и изделий постоянного сечения, обычно используется при производстве прутков, труб и листового проката. Возможность экструдирования изделий сложной формы.

  • Толщина стенок изделия может быть очень тонкой.
  • Высокая эффективность производства, легкость в автоматизированном управлении.
  • Можно получить однородный и плотный материал.
  • Отходы можно использовать повторно.
  • Высокие требования к точности при изготовлении экструзионных матриц.
  • Усадка изделий после обжига значительна.

Скользящее литье:

Определение: Подготовленная суспензия заливается в пористую форму. Благодаря водопоглощению (растворению) пористой формы суспензия образует равномерный пустой слой у стенок формы, который со временем уплотняется. При достижении необходимой толщины излишки суспензии выливаются. Наконец, слой заготовки продолжает высыхать и сжиматься, отделяясь от формы. Затем изделие, называемое зеленым телом, извлекается из формы. (PPT)

Керамический или металлический порошок диспергируется в жидкой среде, образуя суспензию с хорошей текучестью. Эта суспензия заливается в полость формы определенной формы. Суспензия застывает под действием водопоглощения формы, образуя зеленое тело определенной формы. (Учебник) В настоящее время все методы формования основанные на текучести заготовки, классифицируются как литье со скольжением.

Процесс:

  • Металлический порошок, вода и суспензия смешиваются.
  • Регулировка шлама.
  • Деаэрация.
  • Кастинг.
  • Формовка.
  • Сушка.
  • Билет.

Преимущества:

  • Оборудование простое и хорошо адаптируемое
  • Возможность произвольного производства сложные формы и крупные тонкостенные отливки
  • Можно комбинировать с термическими и другими технологиями статического давления для получения новых материалов со специальными характеристиками
  • Технология формовки проста в освоении, а стоимость производства низкая
  • Структура заготовки однородна

Недостатки:

  • Высокая трудоемкость, множество операций и низкая эффективность производства
  • Длительный производственный цикл с гипсовыми формами, занимающими большую площадь
  • Высокое содержание воды в отливках, низкая плотность, большая усадка, склонность к деформации при обжиге
  • Высокий износ пресс-формы
  • Не подходит для непрерывного, автоматизированного, механизированного производства

Литье под давлением:

Определение: После смешивания порошка и связующего для получения материала, пригодного для литья под давлением, материал нагревается для улучшения его текучести. Под определенным давлением сырье впрыскивается в полость пресс-формы машины для литья под давлением, образуя заготовку. Охлажденное и затвердевшее формованное тело затем дебиндируется при определенной температуре, удаляя связующее вещество из заготовки, а затем спекается для получения продукта.

Процесс:

Особенности:

Высокая адаптивность, короткие циклы, высокая производительность и простота автоматизации управления. Детали имеют высокую степень свободы геометрических форм, равномерную плотность по всем сечениям и высокую точность размеров. Подходит для изготовления мелких деталей (0,2 г-200 г) со сложной геометрией, точностью и специальными требованиями. Качество продукции стабильно и надежно, относительная плотность достигает 95-98%. Возможна обработка науглероживанием, закалкой и отпуском.

28. Влияние параметров порошка и технологического процесса на производительность формования и качество заготовок при прессовании, прокатке, экструзии и литье в шлам

Прессование литья:

1. Влияние свойств порошка

Независимо от типа порошка, увеличение твердости всегда приводит к значительному износу пресс-формы. Для металлических порошков чистота также оказывает значительное влияние на процесс прессования. Чем чище порошок, тем легче его прессовать, поскольку примеси в металлических порошках часто находятся на поверхности частиц порошка в окисленном состоянии, а оксиды металлов представляют собой керамику, которая отличается твердостью и плохой пластичностью. Текучесть и насыпная плотность порошка оказывают значительное влияние на производительность прессования. Хорошая текучесть и высокая насыпная плотность благоприятны для увеличения плотности компакта. Текучесть порошка зависит от размера и формы его частиц. Чем мельче порошок, тем хуже текучесть и тем легче образуется эффект перемычки; сферические частицы порошка обладают хорошей текучестью, они легко скользят друг по другу при накоплении и не склонны к перемычке. Соотношение размеров частиц порошка оказывает значительное влияние на плотность его заполнения формы. Соответствующее соотношение размеров частиц благоприятно для увеличения плотности компакта.

2. Влияние параметров процесса:

1. Влияние скорости прессования: Ударное формование значительно эффективнее статического прессования. При одинаковой плотности компакта прочность динамически спрессованного компакта заметно выше, чем статически спрессованного. В процессе прессования соответствующее снижение скорости прессования способствует выведению газа из компакта, что благоприятно сказывается на повышении его плотности.

2. Время выдержки и скорость разгерметизации: При прессовании больших, высоких и сложных компактов умеренное увеличение времени выдержки способствует передаче давления, делая плотность различных частей компакта более равномерной. Кроме того, удлинение времени выдержки обеспечивает достаточное время для отвода газов из пресса. Такое удлинение благоприятно для повышения прочности компакта и снижения его удельного сопротивления. Во время разгерметизации регулирование скорости разгерметизации позволяет предотвратить быстрое отскок частиц, подвергшихся упругой деформации под давлением, что приводит к растрескиванию слоя.

Прокатка Формовка:

1. Влияние свойств порошка:

1. Влияние насыпной плотности порошка: При определенных условиях прокатки из порошков с меньшей насыпной плотностью и хорошей формуемостью можно получить пористую ленту с высокой пористостью и малой толщиной. И наоборот, порошки с более высокой насыпной плотностью и хорошей уплотняемостью могут создавать ленту с более высокой плотностью и большей толщиной.

2. Влияние текучести порошка: Для порошков с хорошей текучестью следует выбирать более высокую скорость прокатки. Толщина и плотность ленточной заготовки будут больше, что приведет к улучшению целостности ленточной заготовки.

3. Влияние уплотняемости и формуемости порошка: Порошки с хорошей формуемостью могут быть сформованы в цельную ленточную заготовку с определенной прочностью при меньшем давлении прокатки. Порошки с хорошей уплотняемостью могут производить ленточные заготовки с лучшей плотностью после формования.

2. Влияние параметров и условий процесса:

1. Влияние диаметра валков: Увеличение диаметра валков позволяет получать более толстые и относительно высокоплотные полосовые заготовки; использование валков меньшего диаметра позволяет прокатывать более тонкие пористые полосы.

2. Влияние зазора между валками: При увеличении зазора между валками толщина полосовой заготовки увеличивается. Если плотность сыпучей упаковки остается постоянной, то плотность полосовой заготовки уменьшается. Когда зазор между валками увеличивается до определенного размера, порошок не может быть свернут в форму.

С уменьшением зазора между роликами толщина полосовой заготовки уменьшается, соответственно увеличивается ее плотность, а необходимое давление прокатки также возрастает. При уменьшении зазора между валками до определенной степени увеличивается степень неравномерной деформации порошка.

Когда давление прокатки возрастает до предельного значения, процесс прокатки не может протекать нормально. Для любого конкретного металлического порошка и определенных условий процесса прокатки толщина прокатанной полосовой заготовки имеет максимальное и минимальное значение, а зазор между роликами также имеет соответствующий диапазон. За пределами этого диапазона нормальный процесс прокатки невозможен.

3. Влияние состояния поверхности валков: Плотность и толщина полосовой заготовки увеличиваются по мере увеличения шероховатости поверхности ролика. Когда шероховатость увеличивается до определенного размера, тенденция увеличения плотности и толщины полосовой заготовки замедляется.

Прилипание порошка к валку может привести к увеличению плотности и толщины полосовой заготовки в направлении длины.

В процессе прокатки количество порошка, прилипшего к поверхности ролика, постепенно уменьшается, а увеличение плотности и толщины полосовой заготовки замедляется и в конце концов стабилизируется.

4. Влияние скорости прокатки: В пределах нормального диапазона скорости прокатки увеличение скорости прокатки приводит к уменьшению плотности и толщины полосовой заготовки. Чем выше скорость прокатки, тем значительнее уменьшение толщины и плотности, и тем хуже однородность.

5. Влияние толщины подачи: Чем больше толщина подачи, тем больше толщина и плотность полосовой заготовки. Однако, когда угол подачи увеличивается до определенного значения, дальнейшее увеличение угла подачи уже не приводит к увеличению толщины и плотности.

6. Влияние ширины полосовой заготовки: При увеличении ширины полосовой заготовки толщина получаемой полосовой заготовки также увеличивается, а ее плотность уменьшается.

7. Влияние атмосферы прокатки: Атмосфера во время прокатки, вязкость и давление газовой фазы могут сильно повлиять на характеристики порошково-прокатанной полосовой заготовки. Увеличение скорости прокатки может усилить эффект обратного потока воздуха, поэтому плотность и толщина полосовой заготовки уменьшаются по мере увеличения скорости прокатки, а однородность характеристик полосовой заготовки также ухудшается. Когда скорость обратной прокатки увеличивается до определенной степени, это может даже препятствовать производству непрерывных полосовых заготовок.

Поскольку изменения в атмосфере прокатки, вязкости и давления газовой фазы неизбежно приводят к изменению величины обратного воздушного потока, они оказывают значительное влияние на производительность полосовой заготовки.

В общем случае, чем больше вязкость газовой фазы, тем меньше скорость потока порошка в зону деформации откусывания и чем меньше скорость потока в единицу времени, тем тоньше получаемая полосовая заготовка.

Кроме того, плотность полосовой заготовки также уменьшается с увеличением вязкости газовой фазы. Результаты экспериментов показывают, что при прокатке порошка в вакууме количество остаточного газа очень мало, что значительно ослабляет обратный воздушный поток. По сравнению с прокаткой в воздухе и других газах можно получить полосовые заготовки с более высокой плотностью и большей толщиной.

Экструзионное формование:

I. Влияние свойств порошка:

Для экструзионного формования требуются мелкозернистые порошки, в идеале сферические по форме. Пластинообразные частицы под действием силы экструзии будут ориентироваться и выравниваться в определенном направлении, создавая анизотропию в формованной заготовке, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. При подготовке порошков для экструзионного формования керамики наилучшее качество имеют те, которые длительное время подвергались шаровому измельчению.

II. Влияние параметров процесса:

1. Геометрические размеры экструзионной фильеры:

Экструзионная головка определяет степень сжатия, а также форму и размер продукта в процессе экструзии. Коэффициент сжатия - это относительное отношение площади поперечного сечения под давлением до прохождения заготовки через экструзионную головку к площади поперечного сечения после прохождения через головку. При большем коэффициенте сжатия требуется большее усилие экструзии.

Сила, действующая на экструзионную головку, также тесно связана с углом конуса; чем больше угол конуса, тем больше сопротивление экструзии и больше требуемое усилие экструзии. Еще одним важным геометрическим параметром экструзионной головки является длина секции разделения.

Более длинный участок увеличивает дополнительное внутреннее напряжение, что делает заготовку склонной к образованию продольных трещин; в то время как короткий участок приводит к упругому расширению экструдированной заготовки, что может привести к образованию поперечных трещин.

2. Предварительная обработка заготовки:

При экструзионном формовании твёрдый сплав и пористых материалов из порошка нержавеющей стали, металлический порошок и пластификатор часто равномерно смешиваются перед предварительным прессованием. Целью предварительного прессования является увеличение площади контакта между пластификатором и частицами порошка, а также устранение газа, заключенного в порошке, что делает плотность заготовки более равномерной, тем самым улучшая зеленую плотность формованной заготовки.

Перед экструзионным формованием керамических пластиков они должны пройти процессы старения и вакуумного замешивания. Старение позволяет более равномерно распределить влагу в заготовке и улучшить ее пластичность за счет ферментации или разложения органических веществ.

Вакуумное замешивание делает распределение пластификаторов, органических веществ и влаги в заготовке более равномерным, а также устраняет воздух в заготовке, что способствует повышению зеленой плотности формованной заготовки, однородности компонентов и эксплуатационных характеристик изделия.

3. Скорость и температура экструзии:

Если скорость экструзии слишком высока, текучесть заготовки в центральной части экструзионного цилиндра намного выше, чем у стенки цилиндра, что может создать значительное напряжение сдвига, приводящее к растрескиванию заготовки.

Пластифицирующий эффект керамических заготовок не сильно зависит от температуры, поэтому их обычно экструдируют при комнатной температуре. Наиболее часто используемым пластификатором для металлических заготовок является парафин, который проявляет оптимальную пластичность при температуре 35-45°C.

Поэтому при экструзии металлических заготовок температура не может быть слишком низкой. Однако слишком высокая температура может привести к резкому снижению прочности и адгезии парафина, что также неблагоприятно для формовки.

Шламовое формование:

1. Свойства порошка:

Уменьшение размера частиц порошка благоприятно для улучшения характеристик суспензии частиц и стабильности суспензии.

Однако для ультратонкого порошка, несмотря на хорошие характеристики суспензии частиц, большая удельная поверхность порошка приводит к повышению вязкости и ухудшению текучести при одинаковых условиях концентрации.

Сверхтонкий порошок склонен к агломерации, что влияет на плотность заготовки. Поэтому для улучшения характеристик заготовки необходимы специальные меры. Помимо размера частиц, их форма также является ключевым фактором, влияющим на стабильность суспензии. Сферические частицы хорошо диспергируются в среде, и суспензия обладает хорошей текучестью.

В процессе формования суспензии, когда образуется слой затвердевшей заготовки, слой, созданный сферическими частицами, обладает хорошей проницаемостью, что способствует поглощению молекул воды в суспензии гипсовой формой.

Пластиноподобные частицы могут притягиваться друг к другу под действием сил, таких как статическое электричество, образуя структуру, похожую на карту, что приводит к тиксотропии, влияющей на стабильность и текучесть суспензии.

Кроме того, направленное расположение пластиноподобных частиц в слое заготовки приводит к ухудшению фильтрационных характеристик заготовки.

2. Содержание твердой фазы:

Увеличение содержания твердой фазы в суспензии приводит к повышению ее вязкости.

С другой стороны, уменьшение содержания твердой фазы увеличивает водопоглощение гипсовой формы, что не только снижает эффективность производства, но и уменьшает плотность зеленой заготовки, что может привести к деформации заготовки после сушки.

Поэтому при соблюдении требований к производительности процесса формования суспензии необходимо максимально увеличить содержание твердой фазы, чтобы добиться низкой вязкости и высокого содержания твердой фазы.

3. Влияние газа:

При изготовлении суспензии для шликерного формования газ часто адсорбируется на поверхности частиц порошкового сырья, в результате чего в суспензии образуются пузырьки. Когда такая суспензия используется для литья суспензий, это может привести к появлению пор в литом теле, что отрицательно скажется на качестве продукции. Поэтому необходимо обезжирить шлам.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Электрический и гидравлический листогибочный пресс - какой из них подходит для вашего бизнеса?

I. Введение С развитием технологий современная обработка листового металла, особенно процесс гибки, требует все более высоких стандартов. Существуют различные технические требования к оборудованию и обработке...

Размеры и вес двутавровых балок

Вы когда-нибудь задумывались о скрытом мире стальных двутавровых балок? В этой увлекательной статье мы раскроем тайны, скрывающиеся за этими важнейшими строительными компонентами. Наш эксперт, инженер-механик, проведет...
Калькулятор коэффициента K

Калькулятор коэффициента K для гибки листового металла (онлайн и бесплатно)

Вы испытываете трудности с проектированием точных деталей из листового металла? Раскройте секреты коэффициента K, важнейшего понятия в производстве листового металла. В этой статье наш эксперт, инженер-механик, объясняет...

Диаграмма веса двутавровой балки, размеры и онлайн-калькулятор

Вы когда-нибудь задумывались о том, как выбрать идеальную двутавровую балку для вашего строительного или производственного проекта? В этом блоге наш эксперт, инженер-механик, проведет вас через весь процесс...

Медные и алюминиевые кабели: Всестороннее сравнение

I. Преимущества кабелей с медными жилами перед кабелями с алюминиевыми жилами: 1. Низкое удельное сопротивление: Удельное сопротивление кабелей с алюминиевыми жилами примерно в 1,68 раза выше, чем у кабелей с медными жилами.....

Как правильно выбрать предохранительный клапан: Пошаговое руководство

Ввиду разнообразия предохранительных клапанов, а также разнообразия и сложности систем, работающих под давлением, при выборе предохранительного клапана необходимо учитывать влияние таких факторов, как температура, давление и среда...

Советы по использованию предохранительных клапанов: Повышение безопасности вашей системы

Исследователь провел проект системы горячего водоснабжения гостиницы, обеспечивающей круглосуточное снабжение паром (0,3 МПа) в качестве источника тепла, температурой подачи воды 60-55 градусов, с использованием...
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.