1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z technologią metalurgii proszków i sposobami wyznaczania właściwości technologicznych proszków metali.

Zakres ćwiczenia obejmuje:

- zapoznanie się z urządzeniami do wytwarzania części maszyn metodą metalurgii proszków

oraz metodami badań właściwości technologicznych proszków

- przeprowadzenie badania właściwości technologicznych proszków żelaza

- wykonanie wyprasek z proszku żelaza

- zbadanie wpływu ciśnienia prasowania na gęstość wyprasek

- analiza wyników

2. Opis stanowiska badawczego

- zestaw do oznaczania gęstości nasypowej i sypkości: stożek Halla, stoper

- naczynie pomiarowe

- matryca do prasowania próbek cylindrycznych

- prasa hydrauliczna

- materiały do badań: proszki żelaza ASC i stali 316L

3. Podstawowe wiadomości

Metalurgia proszków jest dziedziną techniki, obejmująca metody wytwarzania proszków metali i materiałów metalowych lub ich mieszanin z proszkami niemetalowymi oraz otrzymywania półproduktów i produktów z tych proszków bez konieczności roztapiania głównego składnika.

Do zalet metalurgii proszków zaliczamy:

- ograniczenie zużycia materiałów

- otrzymanie materiałów, których nie da się wytworzyć innymi metodami technologicznymi

- korzystną, drobnoziarnistą strukturę, pozbawioną segregacji dendrytycznej

- łatwość automatyzacji procesu technologicznego

Zaś do wad zaliczamy:

- trudności w uzyskiwaniu produktów o złożonym kształcie i dużych rozmiarach

- nierównomierny rozkład ciśnień w objętości proszku podczas prasowania

- duże koszty urządzeń, co czyni technologię opłacalną dopiero przy dużej produkcji

- uzyskiwanie materiałów o pewnej porowatości, a co za tym idzie o mniejszej

wytrzymałości w porównaniu z materiałami litymi

Proces technologiczny metalurgii proszków:

- wytworzenie proszku polegające na wytworzeniu rozdrobnionej struktury metodami

mechanicznymi lub fizykochemicznymi. Wybór metody zależy od stopnia czystości proszku i

kształtu cząstek

- przygotowanie proszku ma na celu uzyskanie odpowiedniego wsadu do dalszych operacji

technologicznych. Procesy przygotowania wsadu obejmują sortowanie proszku na różne

frakcje ziarnowe, mieszanie w odpowiednich proporcjach, dodawanie środków poślizgowych,

porotwórczych, a także ewentualną obróbkę cieplna proszku

- formowanie na zimno polega na poddawaniu proszku ściskaniu, co daje nam większe jego

zagęszczenie. W zależności od kształtu formy, właściwości proszku, jego plastyczności,

zagęszczalności i formowalności dobiera się odpowiednią metodę formowania na zimno

- spiekanie polega na złączeniu pod wpływem ogrzewania poszczególnych ziarn proszku w

kompozyt o określonych właściwościach mechanicznych i fizykochemicznych

- obróbka wykańczająca spieków obejmuje: nasycanie spieków metalami lub niemetalami,

obróbkę cieplną, kalibrowanie, obróbkę plastyczną, obróbkę skrawaniem.

4. Przebieg realizacji eksperymentu

- badanie sypkości proszku stali 316L o różnej wielkości ziarna

- badanie zagęszczalności proszku żelaza ASC, wykonanie wyprasek na prasie hydraulicznej

stosując następujące ciśnienia prasowania p₁=200 MPa, p₂=400 MPa, p₃=600 MPa

5. Prezentacja i analiza wyników

- określenie sypkości proszku stali 316L

czas przesypu proszku o wielkości ziarna
=21,8s

czas przesypu proszku o wielkości ziarna
=35s

- obliczam gęstość wyprasek proszku żelaza ASC

po sprasowaniu 3 próbek o masie m=20 g pod różnym ciśnieniem otrzymaliśmy próbki o

średnicy d=19,8mm=1,98 cm i różnej wysokości:

p₁=200 MPa h₁=11,35 mm=1,135 cm

p₂=400 MPa h₂=9,55 mm=0,955 cm

p₃=600 MPa h₃=9,15 mm=0,915 cm

- obliczam gęstość względną wyprasek proszku żelaza ASC

- wyniki pomiarów zagęszczalności przedstawiam na wykresie

6. Wnioski

Na ćwiczeniu laboratoryjnym zapoznaliśmy się z technologią metalurgii proszków oraz ze sposobami wyznaczania właściwości technologicznych tych proszków. Jedną z takich właściwości jest sypkość. Wielkość ta jest wyrażana w sekundach i jest to czas przesypywania się 50 g proszku przez otwór o znormalizowanym kształcie. Z otrzymanych pomiarów możemy dowiedzieć się, który proszek typu 316L ma większą sypkość. Proszek o wielkości ziarna
przesypał się szybciej od proszku o wielkości ziarna
. Przy zmniejszaniu wielkości ziarna sypkość proszku maleje, a wiec proszek o wielkości ziarna
ma mniejsza sypkość. W następnej części ćwiczenia wykonaliśmy wypraski proszku żelaza ASC na prasie hydraulicznej stosując różne ciśnienia. Przy najmniejszym ciśnieniu zagęszczalność jest najmniejsza gdyż po upuszczeniu próbki na podłogę wypraska rozsypała się, przy ciśnieniu średnim wypraska miała tylko niewielkie wyszczerbienie, a przy ciśnieniu największym zagęszczalność jest bardzo dobra gdyż wypraska pozostała cała. Z powyższych wyników widać, że gęstość wzrosła wraz ze wzrostem zadanego ciśnienia, więc mogę stwierdzić, że ciśnienie jest decydującym czynnikiem wpływającym na zagęszczalność proszku. W procesie wytwarzania nie uzyskaliśmy żadnego odpadu materiałowego. Jest to jedną z zalet metalurgii proszków. Zależnie od pożądanych właściwości mechanicznych tzn. twardości, wytrzymałości możemy regulować procesem wytwarzania w taki sposób aby uzyskać optymalne właściwości przy zastosowaniu jak najmniejszej ilości proszku.

---