Metalurgia proszków - jest dziedziną techniki obejmującą wydzielanie i scalanie proszków metalicznych jak również scalanie ich z proszkami niemetalicznymi bez przechodzenia całego produktu przez stan ciekły. W wielu przypadkach obróbka proszków jest jedynym sposobem otrzymywania produktów. Produkty uzyskiwane tą metodą są bardzo konkurencyjne dla metali otrzymywanych innymi metodami. Proces produkcji wyrobu z proszków : otrzymywanie proszków, mieszanie w celu ujednorodnienia, konsolidacja-prasowanie, spiekanie, spiek(obróbka wykańczająca), lub( zagęszczenie), obróbka wykańczająca , gotowy wyrób. Produkty metalurgii proszków: łożyska, łożyska bimetalowe(brąz-stal), psedustopy (układy pierwiastków wolfram miedź ; wolfram srebro, materiały diamentowo-metalowe (służą do skrawania), materiały metalowo grafitowe, materiały porowate, kompozyty.
Proszek- to materiał sypki którego cząstki są mniejsze od 1 mm.
Proszek stopowy-materiał który zawiera składniki stopowe w postaci cząstek
Metody wytwarzania proszku- mechaniczne i fizykochemiczne : mechaniczne: *** ze stanu stałego- kruszymy metale w młynach kulowych, poprzez ścieranie proszki mają kształt nieregularny, wielościenny czyli procesy występujące tu to : zdzieranie, frezowanie, ścieranie, tłuczenie, rozbijanie ***ze stanu ciekłego- granulacja i rozpylanie - w atomizerach pod ciśnieniem wyrzuca strumień metalu do przestrzeni- proszki mają kształt kulki i nastepny proces to rozdrabnianie mechaniczne fizykochemiczne: ***z fazy gazowej- zestalanie, rozkład karbonylków ***elektrolityczna- elektroliza roztworów wodnych, rozpuszczalność anody, nierozpuszczalnść anody, elektroliza stopów soli *** redukcja -roztworów wodnych soli, stopów soli, cieplna związków
Rozpylanie: polega na rozbijaniu strumienia ciekłego metalu na drobne kropelki przez środek rozpylający działający pod znacznym ciśnieniem. Środkiem tym zwykle jest woda, powietrze, para wodna lub gazy obojętne. Kropelki cieczy zastygają przed opadnięciem na dno zbiornika. Dodatkowo, w metodzie DPG poza rozpylaniem stosuje się również mechaniczne rozbijanie strumienia ciekłego metalu za pomocą łopatek - klinów zamocowanych na wirującej tarczy. W metodzie RZ proces rozpylania jest połączony z występującymi w jego trakcie lub poźniej reakcjami chemicznymi utleniania.
Analiza sitowa - określa najczęściej skład proszku. Próbkę proszku przesiewa się przez zestaw różnych sit. Próbkę 100g umieszcza się na sicie, wymiary oczek sit maleją, próba trwa 15min na wstrząsarce.
Proszki z miedzi oraz brązu są rozpylane parą wodną , proszki aluminium - powietrzem.
Aby opisać kształt- metoda sedymentacyjna, laserowa, metody matematyczne
Powierzchnia właściwa proszku- stosunek wewnętrznej powierzchni do objętości. Jest tym większa im większa objętość. Parametr ten w sposób generalny określa stopień dyspersji proszku- im wieksza powierzchnia właściwa tym drobniejszy proszek.
Gęstość nasypowa- stosunek masy proszku do objętości proszku bez dodatkowego ubijania.
Z technologicznego punktu widzenia , gęstość nasypowa jest istotna własnością proszku ; odgrywa zasadniczą rolę podczas projektowania matryc oraz w trakcie spiekania wyrobów z luźno zasypanego proszku. PRASOWANIE
Środki poślizgowe- Środki poślizgowe wprowadza się do mieszanek zazwyczaj w postaci roztworów w organicznych rozpuszczalnikach, które przy suszeniu wymieszanego wsadu odparowują. Środki poślizgowe obojętne wpływają jedynie na współczynnik tarcia i nie uczestniczą w samym procesie odkształcania cząstek proszku.
Metody prasowania: jednostronne i dwustronne
Jednostronne: wadą jest to że nie posiada równomiernego zagęszczenia, różnica tego zagęszczania może być duża, a spiekanie nie będzie w stanie tego zagęszczenia wyrównać i wyrób nie będzie jednakowy i będzie niejednorodna gęstość . Dwustronne: rozkład gęstości bardziej równomierny, ale mniejszy w środku.
Prasowanie izostatyczne: proces zagęszczania i spiekania materiału w atmosferze ochronnej gazu (helu lub argonu) pod działaniem ciśnienia izostatycznego — działającego równomiernie ze wszystkich stron; pozwala na otrzymywanie spieków prawie pozbawionych porów, z prawie wszystkich znanych proszków; stosowane do otrzymywania m.in. elementów używanych w technice lotn., kosm., wojsk. oraz części silników.Urządzenia do prasowania: prasy mechaniczne lub hydrauliczne. Prasy mechaniczne działają stosunkowo szybko . Zagęszczanie wibracyjne- drgania powodują zagęszczenie proszku (koło zębate) - wibracja sprzyja zagęszczaniu
Istota procesu spiekania!!! -polega na wprowadzeniu wypraski do pieca o określonej temp. I w tej temp. Trzymamy do określonego czasu. Im dłuższy czas spiekania tym lepsze zagęszczenie ze względów dyfuzyjnych. Bardzo ważna jest atmosfera w piecu podczas spiekania- stosujemy atmosferę redukującą lub obojętną. Produkty które zostały poddane spiekaniu mogą być nasycane. Spiek nasycamy odpowiednim materiałem np. kapilarnie.
Mechanizm spiekania- W czasie spiekania zachodzą następujące procesy: - parowanie i kondensacja; - dyfuzja powierzchniowa; - dyfuzja po granicach ziarn; - dyfuzja objętościowa; - płynięcie wiskozyjne i plastyczne; - zdrowienie i rekrystalizacja. Własności fizyczne i chemiczne spiekanych materiałów zależą głównie od porowatości Podczas nagrzewania gęstość spiekanego materiału rośnie. Zwiększają się również własności mechaniczne, przewodność cieplna i elektryczna.
Wyciskanie proszków proces CWS- cykliczne wyciskanie spęczające w procesach kształtowania proszków, chodzi o to by otrzymać jak największą wytrzymałość. Proces CWS polega na cyklicznym wyciskaniu pod ciśnieniem im więcej cykli tym lepsze odkształcenie. Im drobniejsze ziarna tym wydłużenie jest większe i metal jest bardziej plastyczny.
Własności metali: własności mechaniczne (wytrzymałość na rozciąganie), własności wytrzymałościowe, własności plastyczne ( wydłużenie względne, granica plastyczności, przewężenie, skręcanie, udarność ) Rm- wytrzymałość na rozciąganie - to stosunek maksymalnej siły odniesionej do przekroju produktu wyjściowego Rm= Pmax/Fo ,
Rm= Fmax/A wydłużenie całkowite A=L1-Lo/Lo *100% im krótsza próbka tym wartośc A będzie większa L1- dł po rozciąganiu, Lo- długość po przed rozciąganiem A10- krotnośc próbki na której wykonane było wydłużenie całkowite. Im większa wartość np. A5 jego wartość po wydłużeniu jest większa niż dla A10. Udział odkształcenia jest wiekszy w szyjce próbki krótszej niż dłuższej Przewężenie Z- Przewężenie względne ( trwałe ) Z jest to stosunek największego zmniejszenia powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu zerwania do pierwotnego przekroju próbki wyrażony w procentach: Z= F0-F1/F0 *100% Z>A Skręcanie- stan obciążenia materiału, w którym na materiał działa moment , nazwany momentem skręcającym, działający w płaszczyźnie przekroju poprzecznego materiału. Powoduje on występowanie naprężeń ścinających w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny działania momentu. Wyróżniamy skręcanie proste i czyste.
Udarność- jest to energia potrzebna do zniszczenia odniesiona do przekroju U= l/b l-energia, b- przekrój Krzywa Wohlera- informuje o właściwościach zmęczeniowych
Układ żelazo- cementyt: jeśli w żeliwie występuje 6,6% węgla taki stop nazywamy cementytem. Wykres ten pokazuje struktury jakie mogą być w stopach, sugeruje jakie procesy prowadzić aby otrzymać produkt o rzędowych parametrach. Składniki strukturalne w układzie Fe-C: ** ciecz- roztwór ciekły węgla w żelazie ** ferryt- roztwór stały graniczny węgla w żelazie α **austenit -roztwór stały graniczny węgla w żelazie γ **3 rodzaje cementytów: ** I rodzaj FeC3 pochodzi z roztworu ciekłego z lini CD**2rodzaj FeC3 z austenitu z linii ES **3 rodzaj FeC3 z ferrytu z linii PQ
** perlit- mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu zawierająca 0,77% C, wsytepująca poniżej 727C **ledeburyt- mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, zawierająca 4,30% C, trwała w zakresie od 727 C do 1148C **ledeburyt przemieniony - mieszanina perlitu i cementytu, utworzona w wyniku przemiany austenitu w ledeburytu w perlit, trwała poniżej 727C
Podział stali: ** ze wzgl. na skład chemiczny: niestopowe(węglowe), stopowe **podstawowe zastosowanie: konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych właściwościach
** stopień czystości (stężenie P i S): zwykłej jakości, wyższej jakości, najwyższej jakości
**sposób wytwarzania: martenowska, elektryczna, konwertorowa i inne
**sposób odtleniania: uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona 6,8g/cm3 - jest porowata, ma pęcherzyki wewnątrz, w przeróbce plastycznej obowiązuje zachowanie objętości
**rodzaj wyrobów: blachy, pręty, druty, rury, odkuwki itp.
**postać: lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągniona
**stan kwalifikacyjny: surowy, zmiękczeniowy, normalizowany i inne
Stale węglowe: dominujący wpływ na strukturę i własności wywiera wegiel. W miarę podwyższania stężenia tego pierwiastka stale wykazują większą twardość, wytrzymałość na rozciąganie Rm i granicę plastyczności Re. Zwiększenie stężenia węgla powoduje przy tym jednoczesne zmniejszenie własności plastycznych i ciągliwości stali, a w szczególności - wydłużenia A i przewężenia Z określanych w próbie rozciągnia. Do spawania nadają się stale o większej zawartości węgla powyżej 0,2%. 90% stali to węglowe reszta to stopowe. Stale narzędziowe zawierają węgiel od 0,7-1,3%
Obróbka cieplna stali (zwykła): ** wyżarzanie , **hartowanie i odpuszczanie ** przesycanie i starzenie wyżarzanie: ** z przemianą alotropową : ujednorodniające, normalizujące, zupełne, zmiękczające, izotermiczne, ** bez przemiany alotropowej: rekrystalizujące, odprężające, stabilizujące WYŻARZANIE: to operacja zwykłej obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stali do określonej temp. , wygrzaniu w tej temp. i studzeniu w celu uzyskania struktur zbliżonych do stanu równowagi hartowanie: martenzytyczne, bainityczne, objętościowe, powierzchniowe HARTOWANIE:
jest operacją cieplną któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej (dla stali węglowej 723°C) (zwykle 30°C do 50°C powyżej temperatury przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Hartowanie przeprowadza się by podnieść twardość i wytrzymałość stali . odpuszczanie: utwardzanie cieplne, ulepszanie cieplne . ODPUSZCZANIE: polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temp. niższej od Ac1, wygrzaniu w tej temp. i ochłodzeniu do temp. pokojowej. Hartowanie i niskie odpuszczanie wykonane łącznie są nazywane utwardzaniem cieplnym. Hartowanie i wysokie odpuszczanie stanowią łącznie tzw. ulepszanie cieplne.
STARZENIE: - polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury niższej od granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. W czasie starzenia następuje wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze, w postaci faz o wysokiej dyspersji. Starzenie powoduje umocnienie, przejawiające się zwiększeniem własności wytrzymałościowych i zmniejszeniem własności plastycznych. PRZESYCANIE: polega na nagrzaniu stopu do temp. wyższej o ok. 30-50 C od granicznej rozpuszczalności wydzielanego składnika ( w stalach cementytu trzeciorzędowego) w roztworze stałym, wygrzaniu w tej temp. i następnie szybkim chłodzeniu. W wyniku przesycania stop uzyskuje strukturę jednofazową.