Wydz.: MiIM rok III |
Temat: Materiały spiekane |
Zespół L2 |
Grupa II |
Paweł Sobczak |
Ocena |
I. Wstęp teoretyczny. Metalurgia proszków znajduje coraz to szersze zastosowanie w gałęzi przemysłu metalurgicznego. Część z tych produktów możliwa jest do wykonania tylko tą technologią ze względu na specyficzne własności. Drogą metalurgii proszków wykonać możemy produkty, które nie moglibyśmy wykonać zwykłą technologią ze względu na konieczność przetopienia stopu do osiągnięci fazy ciekłej. Ponieważ wiele stopów cechuje się wysoką temperaturą topnienia,stąd przetopienie takiego materiału było by bardzo energochłonne i drogie. Do spiekanych materiałów konstrukcyjnych należą materiały spiekane na osnowie żelaza, brązy i mosiądze. Tego typu spieki stosowane są przede wszystkim w maszynach i aparatach przeznaczonych do masowego zastosowania. Głównymi składnikami stopowymi spiekanych materiałów konstrukcyjnych na bazie proszku żelaza są: węgiel, nikiel, miedź, molibden. 0 ile węgiel jest podstawowym składnikiem wszystkich stali konstrukcyjnych otrzymanych drogą klasycznej metalurgii, to w spiekanych częściach maszyn eliminuje się go w wielu przypadkach (wynika to z trudności utrzymania w procesie produkcyjnym założonej jego zawartości, wprowadza się go w postaci grafitu). Mangan i chrom, które w stalach konwencjonalnych należą do podstawowych składników stopowych tworzą tlenki, które nie ulegają redukcji. Natomiast zawartość miedzi w spiekach stalowych może dochodzić do 20 %. Wprowadzenie miedzi do spieków stalowych ma na celu podwyższenie własności mechanicznych spieków, poprawia zagęszczalność proszku oraz możliwość kompensacji skurczu podczas spiekania. Oprócz materiałów konstrukcyjnych na bazie proszku żelaza drogą metalurgii proszków otrzymuje się także brązowe i mosiężne części konstrukcyjne. Spiekane łożyska ślizgowe można wytwarzać drogą metalurgii proszków - podzielić je można na dwie grupy: łożyska porowate (inaczej samosmarujące zawierające w porach olej pochłaniany z powierzchni zewnętrznej) i nieporowate (bimetalowe z warstwą ślizgową brązu). Chcąc uzyskać materiały o założonym kształcie i wymiarach porów oraz o równomiernym ich rozłożeniu należy stosować proszki kuliste o ściśle określonych wymiarach cząstek- może być to zastosowane przy produkcji filtrów. Na uzyskaną porowatość mają także wpływ warunki prasowania i spiekania. Celem zwiększenia porowatości dodaje się często do proszku substancje porotwórcze, które odparowując przy temperaturach niższych od temperatury spiekania powodują wzrost objętości porów. Jako substancje porotwórcze stosować można np. chlorek amonu, węglan amonu, kamforę, kwaśne węglany. Metalurgia proszków jest w niektórych dziedzinach bezkonkurencyjna. W materiałach narzędziowych dobrym przykładem mogą być np. węgliki spiekane. Są to spieki, które zawierają ponad 70 % wysokotopliwych węglików, takich jak WC, TiC, TaC, oraz metale grupy żelaza, najczęściej kobalt, stanowiące osnowę wiążącą. Ze względu na swoje własności węgliki spiekane znajdują zastosowanie na narzędzia do skrawania, przeróbki plastycznej, w górnictwie, na narzędzia wiertnicze, nakładki w dyszach itd. Spieki metalowo-diamentowe stosowane są na narzędzia do powierzchniowej obróbki mechanicznej, niektórych materiałów szczególnie twardych np. węglików spiekanych oraz w górnictwie jako narzędzia wiertnicze. Osnowę metaliczną takich materiałów stanowią proszki brązu lub proszki żelazo - nikiel, żelazo - nikiel - chrom, molibden - miedź - kobalt, wolfram - miedź - nikiel, względnie proszki węglik wolframu - kobalt itp. Wielkość cząstek diamentu wpływa na wydajność pracy narzędzia; która wzrasta wraz z wielkością cząstek diamentu, natomiast gładszą powierzchnię uzyskuje się przy stosowaniu drobniejszych cząstek. Materiały ścierne składają się z osnowy metalicznej, którą stanowi żelazo, aluminium lub brąz oraz cząstek materiału ściernego AI203, Si02 itp. W elektrotechnice również znajduje zastosowanie metalurgia proszków. Przykładem mogą być tu styki elektryczne, które można podzielić na dwie grupy: pseudostopy (W - Cu, W - Ag, Mo - Ag, metal - grafit), styki z metali trudnotopliwych; głównie styki wolframowe. Spieki stosowane na styki powinny charakteryzować się wysoką, gęstością, dobrą przewodnością elektryczną, i cieplną. odpornością na zgrzewanie, na elektroerozje i korozję w różnych ośrodkach, dobrą spawalnością. Własności te uzyskuje się dzięki połączeniu trudnotopliwego twardego metalu, takiego jak np. wolfram lub molibden odpornego na zgrzewanie ze srebrem lub miedzią. Jako materiał na styki stosowane SA także spieki srebra z dodatkiem Cd0 lub Cu0. Drogą metalurgii proszków otrzymuje się także magnesy małe o masie poniżej 60 g. Magnesy spiekane dzięki drobnoziarnistej strukturze mogą być poddane obróbce mechanicznej. Ponadto metoda metalurgii proszków pozwala wytwarzać magnesy razem z nabiegunnikami. Met. proszków wyrabiać można także magnesy twarde, które są spiekami zawierającymi żelazo, aluminium, nikiel, miedź i tytan. Do tego typu magnesów zaliczane są magnesy zawierające aluminium typu "Alni" i "Alnico". Także technologia reaktorowa stosuje metale lub stopy o wielkiej czystości oraz materiały złożone ceramiczno-metaliczne lub ceramiczne wytwarzane na drodze metalurgii proszków.
II. Opis ćwiczenia: Na ćwiczeniach laboratoryjnych obserwowaliśmy struktury proszków oraz gotowych materiałów. Jak widzimy kształt cząstek proszku może być różny, podobnie jak wielkość. Proszek otrzymywany metodą elektrolizy ma kształt dendrytyczny. Ma to zasadniczy wpływ na własności wyrobu podobnie jak na parametry prasowania i spiekania. Proszek o bardziej nieregularnej budowie geometrycznej lepiej się prasuje dzięki większej powierzchni styku. Zbyt rozwinięta jednak powierzchnia proszku zwiększa proces utlenienia, co jest niekorzystne, bowiem warstwa tlenkowa negatywnie wpływa na procesy prasowania i spiekania tym celu należy usunąć tlenki dzięki redukcji w atmosferze redukującej. Proszki o bardziej regularnej budowie prasują się gorzej i tworzą mniej wytrzymałe wypraski. Wymienione kształty cząstek proszków oraz materiały gotowe obserwujemy na zgładach metalograficznych, które były przedmiotem zajęć laboratoryjnych. Celem tych ćwiczeń było narysowanie ośmiu struktur metalograficznych obserwowanych w różnych powiększeniach. Interesujące nas struktury zostały zamieszczone na osobnej kartce i w skrócie opisane.
1
1