Порошковые и композиционные материалы

прочность и сопротивление вибрациям  и выкрашиванию, поэтому он применяется

для самого тяжелого чернового точения  углеродистых и легированных сталей.

      В настоящее время  почти половина всей обработки металлов однолезвийным

инструментом производится с использованием порошковых твердых сплавов.

Внедрение твердосплавного инструмента  потребовало создания станков новых

конструкций, позволяющих осуществлять высокие скорости резания — до

1000—2000 м/мин и выше.

      Инструмент из  твердых сплавов затачивают на  специальных кругах

(карборунд «экстра») или на кругах  из искусственных (синтетических)

алмазов, а доводят на пасте из карбида бора. При доводке твердых  сплавов

химическое воздействие пасты имеет большее значение, чем механическое.

      Препятствие на  пути полной замены быстрорежущей  стали твердыми

сплавами, в которых дефицитный вольфрам используется в 10 раз эффективнее,

заключается в том, что по своей  природе твердые сплавы пригодны не для всех

случаев механической обработки, а  также вследствии сложности изготовления

из них фасонного инструмента.

  Применение порошковых твердых  сплавов ограничивается пластинками,  которые

припаивают медным припоем к  стальной державке—так, например, изготовляют

резцы.

 

      Схема производства. Технологический процесс производства

металлокерамических (порошковых) твердых  сплавов состоит из ряда следующих

операций:

   1. Сначала получают грубый  порошок вольфрама путем восстановления

вольфрамового ангидрида W03 в потоке водорода при 700—900° С или сажей при

1500° С. Полученный грубый порошок  вольфрама измельчают в течение  примерно

9 ч на шаровой мельнице и  просеивают.

   2. Порошок вольфрама перемешивают  с ламповой сажей .и карбонизируют  в

бумажных или угольных патронах в течение 1 ч в электропечи при 1400° С в

атмосфере водорода или окиси углерода.

      Полученный порошок  карбида вольфрама размалывают  и просеивают, как и

порошок вольфрама.

      Для титановольфрамового  сплава карбонизации можно подвергнуть  шихту из

ТiO2+ С + W и получить сразу оба  карбида.

   3. Полученные порошки карбидов  и кобальта перемешивают в  течение 24 ч и

дольше в шаровой мельнице; затем  их замешивают с клеем и подсушивают. В

качестве клея применяют или  раствор синтетического каучука в бензине или

раствор парафина в четыреххлористом углероде.

   4. Хорошо замешанная и  подсушенная смесь подвергается  прессованию при

давлении примерно 10—40 кГ/мм2 (98—392 Мн/м2), причем титановольфрамовые

смеси требуют большего давления прессования, чем вольфрамовые.

   5. Далее производят предварительное  спекание смеси при 900° С  в течение

примерно 1 ч в атмосфере водорода для создания прочности, необходимой  при

механической обработке. Предварительное  спекание применяется не всегда.

   6. После предварительного спекания полученный сплав разрезают и

механически обрабатывают на обычных  металлорежущих , станках—фрезерных,

строгальных, токарных и др.

   7. Окончательное спекание, в процессе которого образуется  твердый сплав,

проводят в атмосфере водорода или в засыпке из порошка магнезита или окиси

алюминия — для вольфрамовых сплавов в течение 2 ч примерно при 1400° С, а

для титановольфрамовых в течение 1—3 ч при 1500° С. Качество спекания

зависит от чистоты карбида титана: чем меньше в нем азота и  кислорода, тем

лучше идет спекание.

      В результате спекания  твердый сплав дает линейную  усадку до 25%,

становится чрезвычайно твердым  и не поддается механической обработке;

твердые сплавы можно шлифовать  зеленым карборундом «экстра» или  подвергать

электроискровой обработке.

      Производство твердых  сплавов требует особой чистоты,  тщательного

лабораторного контроле, соблюдения технологической дисциплины и всех

тонкостей процесса. Качество и режущие  свойства порошковых твердых сплавов

зависят от технологии их производства не менее чем от их состава.

      Кроме порошковых  твердых сплавов, в машиностроении  применяют и литые

твердые сплавы, которые применяются  или зернистыми или в виде электродов.

После наплавки они имеют структуру  заэвтектического, легированного, белого

чугуна и очень высокую твердость  благодаря присутствию большого количества

карбидов и карбидной эвтектики.

      Литыми твердыми  сплавами наплавляют штампы, токарные  центры и сильно

истирающиеся детали, что увеличивает  в несколько

раз их стойкость.

 

 

 

                         V. ПРОЧИЕ ПОРОШКОВЫЕ СПЛАВЫ

 

 

 

      Антифрикционные  сплавы. Пористые, пропитываемые маслом  подшипники

очень удобны в труднодоступных  узлах трения и обеспечивают высокую

износостойкость при малом коэффициенте трения. Кроме того, они могут

заменять бронзу или позволяют  более экономно расходовать цветные  металлы,

но наличие пор снижает их прочность и поэтому для тяжелонагруженных

подшипников, например коренных и  шатунных двигателей, они не применяются.

Пористые подшипники изготовляют из железного или медного порошка. Если нет

опасности ржавления, то подшипники изготовляются  из смеси железного порошка

с графитом, который добавляется  в количестве 1—2%.

      Пористость в таких  подшипниках 20 - 30%. После прессования  и спекания

они пропитываются маслом, где коррозия возможна, там применяются

бронзовые подшипники.

      Пористые бронзовые  подшипники изготовляют из смеси  порошков 88% Сu,

10% Sn и 2% графита. Пористые подшипники  обладают хорошими антифрикционными

качествами, но менее прочны, чем сплошные, поэтому их нельзя применять при

больших нагрузках, например для шатунных и коренных подшипников двигателя.

   Эти материалы отличаются  способностью саморегулировать  подачу смазки.

На контактной поверхности трущейся нары образуется непрерывная пленка.

этим обеспечивается жидкое трение.

      К антифрикционным  автомобильным деталям та к  же относятся направляющие

втулки клапана, шестерни масляного  насоса и т. д., которые изготовляются  из

смеси порошков 96% Fe +2,5% Сu +1,5% графита; после прессования и спекания

они отжигаются при температуре 740 и 715° С, т. е. производится отжиг на

зернистый перлит. Содержание углерода после спекания не менее 0,8%.

Наиболее желательной, обеспечивающей высокое качество пористых

железографитных подшипников структурой является перлит с графитными

включениями; в случае наличия у  чих ферритной структуры они  быстро

изнашиваются, налипают на шейку вала и имеют высокий коэффициент  трения.

Цементит в структуре железографнтных  подшипников, хотя и повышает их

сопротивление износу, но изнашивает и царапает шейку вала и также повышает

коэффициент трения.

 

      Фрикционные материалы.  К фрикционным материалам предъявляются

следующие требования: они должны иметь высокий коэффициент трения,

обеспечивающий плавность торможения и минимальную пробуксовку и

износостойкость как собственную» так н сопряженной стальной поверхности.

Кроме того, они должны иметь хорошую  прирабатываемость, не заедать н

обладать высокой теплопроводностью. Всем этим требованиям  может отвечать

только порошковый сплав, представляющий целый комплекс различных материалов

с различными свойствами.

      По условиям эксплуатации  фрикционные материалы могут  работать:

      1)в масляной ванне,  например в автоматических коробках  передач

современных автомобилей с фрикционными дисками и тормозными лентами:

      2) при сухом трении, например тормозные накладки  фрикционных

механических прессов.

      Фрикционные материалы  изготовляются из порошков меди, олова, железа

и других, образующих металлическую  их основу, куда добавляются в небольшом

количестве порошки кремния, двуокиси кремния (SiO2), асбеста и пр. для

повышения коэффициента трения, а  также порошка графита, талька, свинца и

пр. для создания смазки на поверхностях трения,

      Изменяя дозировку  добавок, увеличивающих коэффициент трения и

добавок, его снижающих, можно получить необходимые фрикционные свойства

порошкового сплава, т. е. исключить  пробуксовку обильно смазанных  трущихся

поверхностей при очень высокой  износостойкости и фрикционного материала

и сопряженной с ним стали.

      Например, в автомобильной  промышленности для работы в  масле

применяется фрикционный сплав  из следующих порошков; 60% Сu, 10% Sn, 4%

Fe, 7% Pb, 4%; графита, 8% пульвер-бакелита  и 7% асбеста.

      Фрикционные сплавы  отличаются невысокой прочностью, поэтому они

применяют» я в виде топкого  слоя или на стальном диске, или на стальной

ленте. Соединение их со сталью производится двумя способами: спеканием

порошкового сплава под давлением  со сталью или приклеиванием.

      В условиях сухого  трения при торможении развивается более высокая

температура и поэтому приходится применять вместо медной основы железную,

отличающуюся более высокой  температурой плавления.

 

      Пористые фильтры.  Из шарообразных порошков бронзы  или сплавов никеля с

медью или чистого никеля изготовляют  металлические фильтры с объемом  пор,

достигающим 80% от общего объема изделия. Такие фильтры применяют в

химической промышленности, а также  в качестве топливных фильтров в

двигателях.

      Конструкционные  материалы. Порошковая металлургия  в данном случае

должна упрощать технологический  процесс, для сокращения расхода  металла и

снижения трудоемкости производства. Например, детали простейшей формы:

небольшие шестерни, шайбы и т. д. из углеродистой или из легированной стали

с успехом изготовляются методами порошковой металлургии. Порошковые сплавы

также применяются для производства прецизионных сплавов, т. е. сплавов  с

очень небольшими колебаниями в химическом составе, биметаллов и комплексных

сплавов с разным составом поверхности  и сердцевины, а также особо

жаропрочных сплавов и материалов для ракет н ядерных реакторов.

      Электротехнические  сплавы. Особенно широко порошковые  сплавы

применяются в электротехнике. Постоянные магниты небольшого размера,

полученные из порошков Fe—Al—Ni сплавов (альни) или F'e—А1—Ni—Со сплавов

(альнико), отличаются мелкозернистостью,  в отличие от литых магнитов  из

этих сплавов, которые крупнозернисты. Кроме того, порошковые сплавы лишены

литейных дефектов: раковин, ликвации и т. д. Это позволяет получить

однородную плотность магнитного потока. Допуски в размерах постоянных

магнитов из порошковых сплавов  гораздо уже, что сводит до минимума их

механическую обработку, которая ограничивается одним шлифованием.

      Порошковые сплавы  позволяют соединить жаро- и износостойкость

вольфрама, молибдена, никеля и графита  с высокой электропроводностью  меди и

серебра.

      Из порошковых  сплавов изготовляют электрические  контакты.

Сопротивление контактов искре  повышается при комбинации серебра  с окисью

кадмия. Высокая электропроводность серебра обеспечивается его чистотой, а

также отсутствием элементов, которые  могут образовывать с  серебром твердые

растворы.

      Порошковые сплавы применяют при изготовлении ряда электро- и радио-

технических деталей из порошков альсифера, ферритона и карбонилььного

железа.

      Из порошковых  сплавов изготавливают электроды  для дуговой

сварки, из смеси графита с медным порошком изготовляют износостойкие щетки

электродвигателей. Железные порошки  применяют для изготовления полюсов

электродвигателей постоянного тока.

      Тугоплавкие металлы  и тяжелые сплавы. Из порошков  методом

восстановления из окислов получают металлы с очень высокой температурой

плавления — вольфрам, молибден, тантал/ниобий и др. Сначала в потоке

водорода восстанавливаются из окислов чистые металлы, получаемые в виде

порошков. Их прессуют в брикеты  и нагревают током. Далее производят ковку и

прокатку. Все эти операции с  вольфрамом и молибденом производят в атмосфере

водорода, а с титаном н танталом—в вакууме, так как последние очень  сильно

поглощают газы при высоких температурах. Если металл предназначен для нитей

электроламп, в него добавляют вещество, препятствующее росту зерна при

высоких температурах, например окись  тория.

      Из порошков изготовляют  также «тяжелый сплав» состава  90% W, 7,5 Ni и

2,5% Си, имеющий удельный вес до 17 и высокие механические свойства,

применяемый, например, в качестве противовесов там, где по условиям

конструирования места для них  мало.

 

      Керметы. Керметами  называются порошковые сплавы, являющиеся

композициями керамических материалов с металлами и предназначаемые  для

детален, работающих при высоких  температурах или в агрессивной  коррозионной

среде.

      Керметы сочетают  жаропрочность, коррозионную стойкость  и твердость