ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
область
техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов
и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей
с неметаллич. порошками) без расплавления осн. компонента. Технология П.
м. включает след. операции: получение исходных металлич. порошков и приготовление
из них шихты (смеси) с заданными химич. составом и технологич. характеристиками;
формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами
(гл. обр. прессованием); спекание, т. е. термич, обработку заготовок
при темп-ре ниже точки плавления всего металла или основной его части.
После спекания изделия обычно имеют нек-рую пористость (от неск. процентов
до 30-40%, а в отд. случаях до 60%). С целью уменьшения пористости (или
даже полного устранения её), повышения механич. свойств и доводки до точных
размеров применяется дополнит. обработка давлением (холодная или горячая)
спечённых изделий; иногда применяют также дополнит. термич., термо-химич.
или термомеханич. обработку. В нек-рых вариантах технологии отпадает операция
формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы. В ряде
случаев прессование и спекание объединяют в одну операцию т. н. горячего
прессования - обжатия порошков при нагреве.
Получение порошков. Механич. измельчение
металлов производят в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах. Другой,
более совершенный метод получения порошков - распыление жидких металлов;
его достоинства -возможность эффективной очистки расплава от мн. примесей,
высокая производительность и экономичность процесса. Распространено получение
порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением
металла (обычно из окислов) углеродом или водородом. Находят применение
гидроме-таллургич. методы восстановления растворов соединений этих металлов
водородом. Для получения медных порошков наиболее часто используют электролиз
водных растворов. Имеются и другие, менее распространённые методы приготовления
порошков различных металлов, напр. электролиз расплавов и термич. диссоциация
летучих соединений (карбонильный метод).
Формование порошков. Осн. метод формования
металлич. порошков-прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением
200 -1000 Мм/м2 (20-100 кгс/мм2) на быстроходных
авто-матич. прессах (до 20 прессовок в 1 мин). Прессовки имеют форму,
размеры и плотность, заданные с учётом изменения этих характеристик при
спекании и последующих операциях. Возрастает значение таких новых методов
холодного формования, как изостатич. прессование порошков под всесторонним
давлением, прокатка и экструзия порошков.
Спекание проводят в защитной среде (водород;
атмосфера, содержащая соединения углерода; вакуум; защитные засыпки) при
темп-ре ок. 70-85% от абс. точки плавления, а для многокомпонентных сплавов
- неск. выше темп-ры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Защитная
среда должна обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования
нежелательных загрязнений продукции (копоти, карбидов, нитридов и т. д.),
предотвращать выгорание отд. компонентов (напр., углерода в твёрдых сплавах),
обеспечивать безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания
должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции
в защитной среде. Цель спекания - получение готовых изделий с заданными
плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками,
необходимыми для последующей обработки. Расширяется применение горячего
прессования (спекания под давлением), в частности изостатического.
П. м. имеет след. достоинства, обусловившие
её развитие. 1) Возможность получения таких материалов, к-рые трудно или
невозможно получать др. методами. К ним относятся: нек-рые тугоплавкие
металлы (вольфрам, тантал); сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений
(твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.); композиции
и т. н. псевдосплавы металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в
особенности при значит. разнице в темп-рах плавления (напр., вольфрам-медь);
композиции из металлов и неметаллов (медь-графит, железо - пластмасса,
алюминий - окись алюминия и т. д.); пористые материалы (для подшипников,
фильтров, уплотнений, теплообменников) и др. 2) Возможность получения нек-рых
материалов и изделий с более высокими техни-ко-экономич. показателями.
П. м. позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции
(напр., при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до
60-80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т. п.). 3) При использовании
чистых исходных порошков можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием
примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных
литых сплавов. 4) При одинаковом составе и плотности у спечённых материалов
в связи с особенностью их структуры в ряде случаев свойства выше, чем у
плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной
ориентировки (текстуры), к-рая встречается у ряда литых металлов (напр.,
бериллия) вследствие специфич. условий затвердевания расплава. Большой
недостаток нек-рых литых сплавов (напр., быстрорежущих сталей и нек-рых
жаропрочных сталей) - резкая неоднородность локального состава, вызванная
ликвацией
при
затвердевании. Размеры и форму структурных элементов спечённых материалов
легче регулировать, и главное, можно получать такие типы взаимного расположения
и формы зёрен, к-рые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим
структурным особенностям спечённые металлы более термостоики, лучше переносят
воздействие циклич. колебаний темп-ры и напряжений, а также ядерного облучения,
что очень важно для материалов новой техники.
П. м. имеет и недостатки, тормозящие её
развитие: сравнительно высокая стоимость металлич. порошков; необходимость
спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий
П. м.; трудность изготовления в нек-рых случаях изделий и заготовок больших
размеров; сложность получения металлов и сплавов в компактном беспористом
состоянии; необходимость применения чистых исходных порошков для получения
чистых металлов.
Недостатки П. м. и нек-рые её достоинства
нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значит, степени
они зависят от состояния и развития как самой П. м., так и др. отраслей
пром-сти. По мере развития техники П. м. может вытесняться из одних областей
и, наоборот, завоёвывать другие. Впервые методы П. м. разработали в 1826
П. Г. Соболевский и В. В. Любарский для изготовления платиновых
монет. Необходимость использования для этой цели П. м. была обусловлена
невозможностью достижения в то время темп-ры плавления платины (1769 °С).
В сер. 19 в. в связи с развитием техники получения высоких темп-р пром.
использование методов П. м. прекратилось. П. м. возродилась на рубеже 20
в. как способ произ-ва из тугоплавких металлов нитей накала для электрич.
ламп. Однако развивавшиеся в дальнейшем методы дугового, электроннолучевого,
плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволили получать не
достижимые ранее темп-ры, вследствие чего удельный вес П. м. в произ-ве
этих металлов несколько снизился. Вместе с тем прогресс техники высоких
темп-р ликвидировал такие недостатки П. м., ограничивавшие её развитие,
как, напр., трудность приготовления порошков чистых металлов и сплавов:
метод распыления даёт возможность с достаточной полнотой и эффективностью
удалить в шлак примеси и загрязнения, содержавшиеся в металле до расплавления.
Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких темп-pax
в основном преодолены и трудности изготовления беспористых заготовок крупных
размеров.
В то же время ряд осн. достоинств П. м.-
постоянно действующий фактор, к-рый, вероятно, сохранит своё значение и
при дальнейшем развитии техники.
О свойствах и применении продукции П. м.
см. в ст. Спечённые материалы.
Лит.: Федорченко И. М., Андриевский
Р. А., Основы порошковой металлургии. К., 1961; Бальшин М. Ю., Научные
основы порошковой металлургии и металлургии волокна, М., 1972; Кипарисов
С. С., Либенсон Г. А., Порошковая металлургия, М., 1972.
М. Ю. Больший.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я