PAWEŁ ŚLIWA	Laboratorium z materiałoznawstwa	WMiBM
Gr.: 23B	TEMAT: Spieki.	2000-11-27

1.) Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mikroskopową metodą oceny kształtu różnych metali, analiza rozkładu wielkości cząstek proszków, oznaczenie własności technologicznych wybranych proszków i mieszanek oraz zapoznanie się z własnościami spieków konstrukcyjnych. Wakancja

2.) Wykonanie ćwiczenia:

Materiał:

1. zainkludowane próbki różnych proszków metali,

2. proszki: ASC 100.29, miedź elektrolityczna i mieszanka o składzie 97.5% ASC 100.29 + 2%Cu + 0.5% stearynianu cynku,

3. wypraska o składzie: 97.5% ASC 100.29 + 2% Cu + 0.5 stearynianu cynku uzyskana przy nacisku 15 ton,

4. spieki konstrukcyjne o takim samym składzie jak wypraska uzyskane przy naciskach 10, 15, 20 ton i spiekane w temperaturze 1130°C w czasie 30 min. w atmosferze redukcyjnej zdysocjowanego amoniaku.

3.) Przebieg ćwiczenia:

Dokonać obserwacji mikroskopowych kształtów ziaren zainkludowanych próbek różnych proszków metali. Wykonać analizę sitową proszku ASC 100.29, przesiać proszek przez zestaw sit o oczkach 80, 100, 125, 160μm oraz ustalić poszczególne frakcje. Przy zastosowaniu przepływomierza Halla oznaczyć sypkość i gęstość nasypową proszków ASC 100.29, miedzi elektrolitycznej i mieszanki o składzie: 97.5% ASC 100.29 + 2% Cu + 0.5% stearynianu cynku dla porcji o masie 50g - zmierzyć czas wysypywania się porcji proszku ze stożka oraz zmierzyć objętość jaką ten proszek zajmuje. Przeprowadzić obserwację struktury spieków oraz wypraski z uwzględnieniem struktury porowatości. Na spiekach wykonać pomiary twardości metodą Brinella. Za pomocą mikrometru zmierzyć wysokość spieków i zrobić wykresy zależności: gęstość spieku - ciśnienie prasowanie oraz twardość spieków - ciśnienie prasowania (masa spieków - 15g, średnica 20mm).

Jedną z metod wytwarzania stopów, stosowaną coraz szerzej, jest spieka­nie proszków. Ta gałąź techniki, która zajmuje się wytwarzaniem goto­wych elementów użytkowych drogą spiekania (czyli spieków), nazywa się metalurgią proszków. Obecnie metodami metalurgii proszków wytwarza się różne części maszyn i mechanizmów, w tym również materiały łoży­skowe i elementy cierne, a także styki elektryczne, metale trudnotopliwe, płytki skrawające i kompozyty metalowo-ceramiczne, tzw. cermetale.

Materiały kompozytowe są coraz częściej stosowane, gdyż cechują się własnościami mechanicznymi niemożliwymi do uzyskania w innych tworzy­wach. Powstają przez połączenie dwóch (lub więcej) materiałów, z których jeden jest wiążący, a inne spełniają rolę wzmacniającą i są wprowadzane w postaci ziarnistej, włóknistej (ew. ciętych włókien) lub warstwowej. Metodą metalurgii proszków, która jest jedną z metod wytwarzania kompozytów, wytwarza się kompozyty o osnowie metalowej umacniane cząstkami ziarnistymi, rzadziej włóknami ciętymi.

Proces wytwarzania spieków składa się z dwóch podstawowych ope­racji technologicznych; formowania kształtek z proszków metali przez prasowanie w matrycach i spiekania, polegającego na wygrzewaniu kształ­tek w atmosferze ochronnej poniżej temperatury topnienia przeważają­cego składnika, z którego zostały wykonane (niekiedy dopuszcza się czę­ściowe stopienie). Podczas spiekania zachodzi drogą dyfuzji scalanie od­dzielnych cząstek proszku z tendencją do ujednorodnienia chemicznego i jednoczesnego zaniku porów. Towarzyszy temu zwykle pewien skurcz spieku, a jednocześnie wzrost jego wytrzymałości mechanicznej.

Upowszechnianie potrzeby stosowania metod metalurgu proszków wiąże się z ich.zaletami, takimi jak:

a) możliwość formowania gotowych elementów bez potrzeby koszto­wnej obróbki mechanicznej (np. koła zębate, krzywki, sitka do maszynek do mięsa itp.);

b) niewielki koszt produkcji pod warunkiem masowego jej charakteru (konieczność zamortyzowania kosztów matrycy);

c) możliwość wytwarzania tworzyw o składzie i strukturze nieosią­galnych innymi metodami (np. wolfram-srebro na styki, brąz-grafit na ło­żyska, węglik wolframu-kobalt na płytki skrawające, porowate łożyska samosmarujące nasycane olejem, materiały metalowo-ceramiczne typu SAP lub inne);

d) możliwość automatyzacji procesu wytwarzania;

e) małe zużycie materiałów i energii.

Prasowanie jest z jednej strony sposobem łączenia luźnych cząstek pro­szku w trwałą kształtkę zwaną wypraską, a z drugiej — nadawaniem od­powiedniego kształtu. Prasowanie przeprowadza się w matrycach z ru­chomym stemplem. Dla uzyskania odpowiedniego efektu (za­gęszczenia) ciśnienie musi być odpowiednio duże. Podczas prasowania na­stępuje przegrupowanie cząstek proszku, ich odkształcenie (sprężyste, pla­styczne) oraz kruszenie (w przypadku materiałów kruchych).

Spiekanie jest ważną operacją w procesie wytwarzania spieków, gdyż na­daje im odpowiednią wytrzymałość i gęstość. Główną siłą napędową pro­cesu spiekania jest energia swobodna powierzchni proszku i zmagazyno­wana energia odkształcenia, nagromadzona w defektach sieci. Obydwie te energie ulegają zmniejszeniu w trakcie spiekania, co prowadzi do istot­nych zmian strukturalnych: sferoidyzacji porów i ich objętościowego zmniejszenia, tworzenia szyjek między cząstkami proszku, poligonizacji i rekrystalizacji w objętości cząstek proszku. Wiąże się to ze znaczną redukcją defektów sieci: wakancji, atomów międzywęzłowych i dyslokacji.

Wyniki:

Obserwacja mikroskopowa kształtu ziarn.

Rozpyl WP150 Molibden

Tribalay Brąz kulisty Żeliwo

Rozkład wielkości badanych cząstek 50g ASC100.29.

Lp.	Średnica oczka sita [μm]	Masa [g]
1	160	7
2	125	9.98
3	100	7.95
4	80	10.5
5	denko	14.56

Wyznaczanie sypkości i gęstości nasypowej proszku ASC100.29

Masa 50g, objętość 560mm³, czas przesypu 42,25s.

Sypkość

Gęstość

Proszek ASC 100.29 - 97.5% miedzi elektrolitycznej - 2% stearynianu cynku - 0.5%

Masa 50g, objętość 644mm³, czas przesypu 44,98s.

Sypkość

Gęstość

Miedź elektrolityczna

Masa 50g, objętość 742mm³, czas przesypu 30,28s.

Sypkość

Gęstość

Tabela dotycząca spieków.

Wypraski uzyskane przy naciskach	10 ton	15 ton	20 ton
Twardość Brinella [HB]	52	60	69
Wysokość [mm]	7,20	6,95	6,75
Masa [g]	15	15	15
Średnica [mm]	20	20	20
Ciśnienie prasowania [kPa]	324,4	486,7	649,1
Gęstość spieku g/mm^2	0,1042	0,1079	0,1111

Obserwacja mikroskopowa:

4.) Wnioski: Z wykresów widać, że im większe ciśnienie prasowania tym większa gęstość jak i twardość. Dlatego aby otrzymywać spieki wytrzymałe należy wytwarzać je przy bardzo dużej sile nacisku.

Do wyznaczenia frakcji głównej wykorzystaliśmy analizę sitową. Można zauważyć, że ziarno ASC 100.29 jest bardzo drobne średnio w granicach 80μm.

W czasie przeprowadzania przepuszczalności metodą Halla mogły wystąpić niedokładności spowodowane adhezją proszków do stożka, niedokładności mogły również wystąpić przy określaniu objętości z powodu braku przyrządów pomiarowych.

---