Конструирование деталей приборов, изготавливаемых

порошковым формообразованием

 

Большие возможности по удовлетворению противоречивых высоких требований к материалу конструкции предоставляет метод порошкового формообразования. Композиции порошков различных материалов позволяют получать металлические, металлокерамические, металлополимерные детали, детали с армированием волокнами, иглами, хлопьями и т. п. [20].

Технология порошкового формообразования основана на операциях изготовления готовых деталей из композиционных смесей порошков материалов без расплавления компонента или с частичным расплавлением наиболее легкоплавкой составляющей. Это наиболее существенный признак, отличающий порошковое формообразование от металлургических технологий.

Состав композиции и соотношение компонентов определяются требуемой совокупностью функциональных свойств каждого конкретного вида деталей. Основные группы материалов, используемых для изготовления деталей методами порошкового формообразования, приведены в табл. 4.12.

Как следует из данных таблицы, порошковое формообразование позволяет получать детали со специальными физико-механическими и электро-физическими свойствами и при этом возможно образование соединений, которые другими способами не реализовать (интерметаллы, металлокерамика, некоторые металлические соединения и др.).

Основными методами получения деталей при порошковом формообразовании являются прессование (холодное, горячее, мундштучное), прокатка и шликерное формование.

Давление прессования составляет 200-1000 МПа в зависимости от требуемой плотности детали, размеров, формы, вида порошкового материала и других факторов. При горячем прессовании (0,6-0,8 температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента композиции) по существу совмещаются процессы формования и спекания заготовки. При этом процесс уплотнения происходит более интенсивно, что позволяет значительно снизить давление прессования. Изделия отличаются большой плотностью и однородностью стуктуры, высокой прочностью. Этот метод рекомендуется для таких плохопрессуемых и трудноспекаемых композиций, как тугоплавкие соединения (карбиды, бориды, силициды и др.). Диапазон температур прессования .

Для производства профильных протяженных изделий (прутков, трубок, уголков и т. п.) из труднопрессуемых материалов, в том числе тугоплавких металлов, твердых сплавов, металлокерамики и т. п. применяют так называемое мундштучное прессование. Это подобно процессу экструзии при изготовлении профильных изделий из пластмасс. Мундштучное прессование проводится при подогреве продавливаемой смеси с последующим высокотемпературным двухступенчатым спеканием.

Применение для формования прокатки порошковой смеси со специальными добавками позволяет обеспечить непрерывность процесса с получением изделий в виде лент, полос, проволоки путем соответствующего регулирования межвалкового расстояния и профилирования самих валков. Методом прокатки металлических порошков получают ленты толщиной 0,02-3,0 мм и шириной до 300 мм. Процесс прокатки может выполняться на технологической линии с последовательным спеканием, чистовой (калибровочной) прокаткой, термическим снятием механических напряжений.

Шликерное формование позволяет получать тонкостенные изделия сложной формы с внутренними полостями, которые трудно получить другими методами формования. Шликерное формование выполняется с использованием суспензий – смесей порошка с жидкостью (водой, спиртом, четыреххлористым углеродом).

Таблица 4.12

Основные группы материалов, используемых для изготовления деталей методами порошкового формообразования

Группа материалов	Вид изделий	Основные материалы композиции
Электротех-нические	Магниты, магнитопроводы   Электроконтакты, электрощетки	Порошки из чистого железа, окислов, специальных сплавов (типа Аl-Ni-Cо) и др.   Смесь тугоплавких металлов (вольфрам, молибден и др.) с медью или серебром. Композиция графита с медью или серебром
Пористые	Фильтры, мембраны   «Потеющие детали»	Порошки из бронзы, железа, титана, нержа-веющей стали и др. Пористость до 50 %. Материалы из нержавеющей стали, нихрома и др. с пористостью 30-40 %
Фрикцион-ные и антифрик-ционные	Фрикционы электромагнитных муфт   Прецизионные подвижные соединения	Композиции на основе порошка железа или меди с различными легирующими добавками (Pb, Ni и др.) и неметаллическими компонентами (асбест, кварц, графит) Композиции на основе порошка железа или меди с пористостью 10-35 %, пропитанные графитом, маслом или термопластмассой
Термо-стойкие	Жаропрочные детали, тугоплавкие детали   Теплозащитные экраны и панели   Крупноформатные монтажные основа-ния под толстопле-ночную технологию	Композиции на основе карбидов, боридов, нитридов тугоплавких металлов с чистыми тугоплавкими металлами.   Композиции на основе вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, их карбидов и других тугоплавких металлов и сплавов. Кремний, ситалл, кремнезем и др. с волокнами, хлопьями и пр. из графита, никеля и др.
Специаль-ные	Детали медицинской и вакуумной аппаратуры. Пластинки из сверхтвердых материалов. Металломатричные композиты (ММК)	Порошки чистых металлов. Композиции на основе железа и тугоплавких металлов.   Композиции на основе кремния и никеля, порошки алмаза, эльбора, гексанита со связующим кобальтом. Матрица из алюминия, магния, титана с упрочняющим наполнителем из карбида или нитрида кремния, углеродного волокна и др.

 

Механизм формования заключается в осаждении твердых частиц порошков на стенках формы под действием направленных потоков суспензии. Потоки суспензии образуют использованием центробежных сил, разрежения и других способов.

Спекание заготовок обычно проводят в три этапа с последовательным подъемом температуры и выдержкой на каждом этапе. Процесс ведется в восстановительной среде (водород, конверторный или природный газ) или в вакууме, что является более предпочтительным.