Wójcik Michał Wydział Inżynierii

Mechanicznej i Robotyki

Rok ID gr.15

Sprawozdanie

z dnia:. 04. 00

Temat:

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Wytwarzanie spieków

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. Proces wytwarzania spieków składa się z dwóch podstawowych operacji technologicznych:

• formowania kształtek z proszków metali przez prasowanie w matrycach,

• spiekania, polegającego na wygrzewaniu kształtek w atmosferze ochronnej poniżej temperatury topnienia przeważającego składnika, z którego zostały wykonane.

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.

Ze względu na kształt cząstek proszki można podzielić na:

• sferyczne - proszki kabonylkowe,

• w kształcie kropli i częściowo sferyczne - proszki rozpylane,

• gąbczaste - proszki redukowane,

• dendrytyczne - proszki elektrolityczne,

• talerzykowe - proszki „Hametag”.

Zalety metalurgii proszków:

• możliwość otrzymywania materiałów takich jak: metale, związki trudno topliwe, pseudostopy, materiały porowate, których nie można trzymać innymi metodami,

• oszczędność materiału wynikająca z możliwości formowania elementów o końcowym kształcie i wymiarach, a tym samym możliwość wyeliminowania obróbki mechanicznej; straty materiału przy tej technologii są rzędu 1-5%, podczas gdy w przypadku klasycznych metod mogą dochodzić do 80%,

• możliwość otrzymania materiałów o dużej czystości i regularnym składzie, który uzyskuje się przez odpowiedni dobór składu wyjściowej mieszanki,

• możliwość regulowania drobnoziarnistości struktury przez odpowiedni dobór wielkości cząstek wyjściowych proszków,

• niższe temperatury w porównaniu z klasyczną metalurgią,

• niewielki koszt produkcji pod warunkiem masowego jego charakteru,

• małe zużycie materiałów i energii.

Metody wytwarzania proszków:

• mechaniczne,

• fizyko-chemiczne,

• drogą redukcji tlenków,

• elektrolitycznie,

Prasowanie

Prasowanie jest z jednej strony sposobem łączenia luźnych cząstek proszku w trwałą kształtkę zwaną wypraską, a z drugiej - nadawaniem odpowiedniego kształtu. Dla uzyskania odpowiedniego efektu ciśnienie musi być odpowiednio duże. Podczas prasowania następuje przegrupowanie cząstek proszku, ich odkształcenie oraz kruszenie.

W celu lepszego zagęszczenia i bardziej równomiernego rozkładu gęstości stosuje się środki poślizgowe (glicerynę, związki stearyny, grafit), zwykle w ilości poniżej 1% mas.

Podczas prasowania proszku zachodzą następujące zjawiska:

• zbliżanie ziaren proszku na odległości umożliwiające działanie adhezji,

• powiększanie styku ziaren proszku przez wzajemne ich zbliżanie,

• powiększenie styku ziaren przez odkształcenie plastyczne,

• zdzieranie powłok tlenkowych przez wzajemne tarcie sąsiadujących ze sobą ziaren powodujących odsłonięcie czystych, aktywnych powierzchni metalicznych,

• powstanie lokalnych punktów „ciśnieniowo-topliwych” o podwyższonej temperaturze, umożliwiających dyfuzję powierzchniową.

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.

Przy spieku mieszanin proszków różnych metali, zwłaszcza różniących się temperaturami topnienia, występuje zjawisko powstawania porowatości pochodzenia dyfuzyjnego (tzw. pory Kirkendalla). Przyczyną tego jest kondensowanie się wakancji po stronie metalu o niższej temperaturze topnienia. Pory Kirkendalla są ważne, gdyż powodują pęcznienie spieków.

W celu zapobieżenia utlenianiu wyprasek podczas spiekania konieczne jest stosowanie atmosfery chronionej. Najczęściej używa się atmosfery wodorowej, która nie tylko zapobiega utlenianiu, ale również redukuje niektóre tlenki.

W czasie spiekania zachodzą następujące procesy:

• parowanie i kondensacja,

• dyfuzja powierzchniowa,

• dyfuzja objętościowa,

• płynięcie wiskozyjne i plastyczne,

• zdrowienie i rekrystalizacja.

Inne sposoby formowania proszków:

• prasowanie izostatyczne,

• wibracyjne zagęszczanie,

• walcowanie,

• wciskanie past proszkowych,

• odlewanie gęstwy.

Wyroby wytwarzane metalurgią proszków (wyroby te możemy podzielić na trzy grupy):

• spieki na bazie żelaza (spiekanie stałe),

• spieki na bazie metali nieżelaznych (łożyska, styki),

• spieki metalowo - ceramiczne (SAP, kompozyty, materiały cierne).

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Doświadczenie polegało na wykonaniu sześciu próbek metodą metalurgii proszków.

Z proszku miedzi odsypane zostały porcje o masie około 6 gram, następnie zostały sprasowane na prasie hydraulicznej pod różnymi ciśnieniami, po czym zostały pomierzone i powarzone I poddane spiekaniu w atmosferze ochronnej aktywnego węgla.

Nr próbki	Masa proszku	Prasowanie			Temperatura spiekania	Gabaryty próbki
			ciśnienie	Wysokość	średnica		wysokość	średnica	masa
1	5,30 g	0,75 t/cm^2	6,74 mm	15,3 mm	750 ^OC	5,84 mm	13,94 mm	5,26 g
2	5,49 g	0,75 t/cm^2	6,48 mm	15,31 mm	750 ^OC	6,28 mm	14,22 mm	5,45 g
3	5,30 g	1,5 t/cm^2	5,58 mm	15,31 mm	750 ^OC	5 mm	14,21 mm	5,26 g
4	5,41 g	1,5 t/cm^2	5,72 mm	15,32 mm	750 ^OC	5,12 mm	14,28 mm	5,36 g
5	5,35 g	3 t/cm^2	4,69 mm	15,29 mm	750 ^OC	4,28 mm	14,47 mm	5,35 g
6	5,34 g	3 t/cm^2	4,74 mm	15,3 mm	750 ^OC	4,33 mm	14,58 mm	5,31 g

Nr próbki	Gęstość przed spiekaniem [g/cm^2]	Gęstość po spiekaniu [g/cm^2]
1	4,28	5,9
2	3,77	5,47
3	5,16	6,64
4	5,13	6,54
5	6,26	7,6
6	6,16	7,35

WNIOSKI

Gęstość otrzymanej próbki w głównej mierze zależy od ciśnienia pod jakim próbka była prasowana. Gęstość po spiekaniu rośnie lecz nigdy nie jest większa od gęstości czystego proszku , w naszym wypadku miedzi która wynosi 8,93 g/cm². Różnice w gęstości wynikają z niedokładności z jaką przeprowadzono pomiary I czystością samego proszku.

nr próbki	ciśnienie prasowania	Wypraski
1 2
3 4
5 6

---