Закономерности получения изделий из металлических порошков методом прессования

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

Волгоградский Государственный архитектурно – строительный университет

Волжский институт строительства и технологий (филиал)

 

 

 

 

 

 

Факультет МТФ

Кафедра ТПМ

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине: Процессы  порошковой металлургии.

на тему: Закономерности получения изделий из металлических порошков методом прессования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ПМКМП - 10 

                                   Иванов .В.В.

Проверил    проф. 

Иванов В.М

 

 

 

 

 

 

Волжский 2014

Вариант 15

Вид порошкового материала – Никель

Марка порошка- ПНК-УТ1

Метод изготовления – Карбонильный метод

Пористость, П, % - 23%

Диаметр изделия, d, мм – 16

Высота изделия, h, мм – 36

m – 3,5

Pmax, МПа - 880

hдоп.,мм – 10

Lдоп,мм-20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ...............................................................................,...........................4

2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ПОРОШКОВ 10
1. Химические свойства…………………………………………………………..10
2. Физические свойства 11
3. Технологические свойства 13

3  ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРЕССОВАНИЯ 15

4  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ СПЕКАНИЯ 18

5  ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННой литературы……………………………………..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Производство деталей из металлических порошков относится к отрасли техники, называемой металлокерамикой или порошковой металлургией. Метод порошковой металлургии позволяет получить материалы и детали, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, заданными стабильными магнитными свойствами. При этом порошковая металлургия позволяет получать большую экономию металла и значительно снижать себестоимость изделий.

Порошковая металлургия позволяет получать металлокерамические материалы с особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья, обработки давлением.

Однако многие металлокерамические материалы и детали имеют низкие механические свойства (пластичность и ударную вязкость). Кроме того, в ряде случаев стоимость металлических порошков значительно превышает стоимость литых металлов.

Развитие порошковой металлургии обусловлено главным образом тем, что её технологические операции сравнительно просты, а достигаемый с их помощью эффект во многих случаях оказывается поразительным. Только порошковая металлургия позволила преодолеть трудности, возникшие при производстве изделий из тугоплавких (температура плавления 2000 °С и выше) металлов, получать сплавы из металлов с резко различающими температурами плавления, изготавливать материалы из металлов и неметаллов или из нескольких слоёв разнородных компонентов, производить фильтрующие материалы с равномерной объёмной пористостью и успешно решать другие задачи.

 

 

 

 

1 Методы изготовления порошковых материалов

 

Сущность порошковой металлургии заключается в производстве порошков и изготовлении из них изделий, покрытий или материалов многофункционального назначения по безотходной технологии. Порошки получают из металлического и неметаллического сырья, а также вторичного сырья машиностроительного и металлургического производства. Технологический процесс производства и обработки изделий и материалов методами порошковой металлургии включает получение порошков, их формование в заготовки, спекание (температурную обработку) и при необходимости окончательную обработку (доводку, калибровку, уплотняющее обжатие, термообработку).

Способы производства порошков подразделяют на механические (без изменения химического состава исходных материалов), физико-химические и комбинированные.

Механический метод подразумевает механическое измельчение компактных материалов, осуществляющееся путём дробления, размола или истирания в специальных агрегатах-мельницах (вихревых, планетарных, центробежных, шаровых, вибрационных, вращающихся и т.д.).

Физико-химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно-автокаталитической теории.

Восстановители, используемые при восстановлении порошков.

Восстановителями служат газы (водород, оксид углерода, диссоциированный аммиак, природный конвертируемый, водяной, коксовый или доменный газы), твердый углерод (кокс, древесный уголь, сажа) и металлы. Выбор восстановителя зависит не только от термодинамических оценок, но и от летучести, которая должна быть минимальной, так как иначе процесс нужно вести при повышенном давлении за счет аргона или других инертных газов.

Железный порошок - основа многотоннажной ПМ. Существуют методы получение порошков из FeCl2 . Восстановленный водородом железный порошок имеет высокую чистоту и стоимость.

Восстановление оксидом углерода проводится при температурах выше 1000 °С на основе адсорбционно - каталитического механизма. Восстановление твердым углеродом происходит при 900-1000°С.

Содовый метод применяется для получения порошка повышенной чистоты. В шихту добавляют 10 - 20% соды, с которой при восстановлении взаимодействуют примеси, образуя растворимые в воде натриевые алюминаты.

Комбинированный процесс включает в себя восстановление магнием, а после отмывки - кальцием, расход которого снижается в два раза. Восстановлениегидридом кальция получают порошок титана и его гидрида. Восстановление хлорида титана натрием. Хлорид титана получают хлорированием концентрата руд, очисткой и фракционной дистилляцией. Восстановление хлорида титана магнием наиболее экономичный способ. Реакция происходит при 800 - 900°С. Стальной герметичный аппарат заполняют слитками магния, откачивают воздух, заполняют аргоном, плавят магний, сверху подают лимитированное количество хлорида титана, чтобы не было перегрева.

Восстановление из растворов, газообразных соединений и в плазме . Из растворов соединений Ni, Си, Со металлы вытесняют водородом в автоклавах. Сдвигать потенциал водорода в отрицательную сторону можно, повышая рН или увеличивая давление водорода. Эффективнее изменять рН, повышение, которого на единицу эквивалентно изменению давления водорода в 100 раз. Термические расчеты показывают, указанные металлы можно осадить уже при 25°С и 0,1 МПа. Восстановление газообразных соединений водородом осуществляется в кипящем слое из галогенидов вольфрама, рения, молибдена, ниобия и титана. Получение высокодисперсных порошков в плазме перспективно для металлов, карбидов, нитридов и др. Восстановители - водород или продукты плазменной конверсии с высокой температурой и без окислителей. Оксид никеля восстанавливают в струе Аг – Н2 или Аг - СО, причем содержание водорода близко к стехиометрическому, а теплообмен и плазмообразование происходят за счет аргона. Реакция лимитируется диссоциацией NiO, полное его восстановление достигается при 7000°С.

Физико-химические основы получения порошков электролизом. Процесс представляет собой своеобразное восстановление: передача электронов к металлу с одновременной перестройкой структуры происходит не с помощью восстановителей, а за счет электрической энергии. Способ универсален, обеспечивает высокую чистоту порошков. Электролиз - один из самых сложных физико-химических процессов производства порошков. Процесс заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого материала. Наличие хлора или фтора на аноде заставляет принимать меры попредотвращению его взаимодействия с электролитом и порошком. Электролит от порошков отделяется отгонкой нагреванием или центрифугированием и отмывкой.

Электролиз водных растворов . Способ для получения порошков меди, серебра, железа, никеля, кобальта, олова и др. Никель, цинк, кобальт образуют равномерные плотные мелкозернистые осадки независимо от природы электролита. Серебро или кадмий растут в виде отдельно сильно разветвляющихся кристаллов при электролизе простых солей, из раствора цианистых солей они выделяются в виде ровного гладкого слоя.

Получение медного, никелевого, железного порошка. Медный порошок получают из раствора сернокислой меди, он имеет высокую чистоту и регулируемую дисперсность. Никелевый порошок получают электролизом аммиачных растворов хлорно - кислого никеля. Особенности получения железного порошка связаны с тем, что в ряду напряжений железо располагается левее водорода, поэтому последний выделяется вместе с водородом, ухудшая выход по току и качества порошка.

Известен способ получения никеля из оксида NiO, являющийся заключительной стадией способа производства никеля из никелевых руд. Способ заключается в том, что NiO с добавкой кокса загружают в электродуговую печь, имеющую огнеупорные под (ванну), стенки, свод и летку для слива жидкого никеля. Затем NiO расплавляют электрическими дугами, восстанавливают углеродом и сливают из печи получающийся жидкий никель (Тарасов А.В., Уткин Н.И. Технология цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1999, - с.262).

К недостаткам способа следует отнести значительный угар никеля, который достигает 5-8% за счет того, что источником тепла в дуговой печи являются мощные электрические дуги, имеющие температуру 5000-8000 К (Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. - М.: Металлургиздат, 1963, - с.71) с фиксированным местом контакта с расплавляемым оксидом никеля и нагреваемым восстановленным никелем. Угар никеля происходит из-за того, что нагреть его дугами можно только до температуры испарения (кипения), равной 2800°С (Краткий справочник металлурга. - М.: Металлургиздат, 1960, - с.28), а большая часть тепла от дуг идет на испарение никеля.

Задачей изобретения является снижение угара никеля при выплавке в печи.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе выплавки никеля из оксида никеля в огнеупорной печи, имеющей под, свод, стенки и летку, включающем загрузку в печь оксида никеля с добавкой кокса, расплавление оксида никеля и его восстановление с получением жидкого расплава никеля, причем плавление оксида никеля и нагрев никеля ведут теплом лазерных лучей, направленных на поверхность шихты и расплава в печи, которые перемещают по поверхности шихты и расплава для предотвращения перегрева и испарения никеля.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих цехах, выплавляющих никель.

Способ выплавки никеля осуществляют следующим образом.

В огнеупорную печь, имеющую под (ванну), свод стенки и летку, загружают оксид никеля (NiO) с добавкой кокса и далее расплавляют оксид никеля за счет тепла, выделяемого лазерным лучом или несколькими лучами, направленными на поверхность шихты, а после начала плавления - на поверхность жидкой ванны. При этом лазерные лучи перемещают по поверхности ванны для того, чтобы увеличить площадь нагрева, избежать сильного перегрева расплава в каком-либо одном месте ванны и не доводить температуру никеля до температуры кипения 2800°С. Этот прием позволяет предотвратить испарение никеля в местах сильного нагрева ванны и исключает его заметный угар. При плавлении оксида никеля и в жидкой ванне происходит его восстановление углеродом кокса с образованием никеля, который также расплавляется. По окончании восстановления жидкий никель сливают из печи через летку.

Способ выплавки никеля из оксида никеля в огнеупорной печи, имеющей под, свод, стенки и летку, включающий загрузку в печь оксида никеля с добавкой кокса, расплавление оксида никеля и его восстановление с получением жидкого расплава никеля, отличающийся тем, что плавление оксида никеля и никеля ведут теплом лазерных лучей, направленных на поверхность шихты и расплава в печи, которые перемещают по поверхности шихты и расплава для предотвращения перегрева и испарения никеля. 

 

 

 

2. Методы контроля свойств порошков

1. Химические свойства

Химические свойства порошков  зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания примесей, различных механических загрязнений и газов. Также важными химическими особенностями порошков являются их воспламеняемость, взрываемость и тоскичность.  
      Содержание основного металла в порошке или сумма основных компонентов сплава составляет обычно более 98-99%, что для последующего изготовления большинства порошковых материалов достаточно. В некоторых случаях при производстве изделий с особыми свойствами (например, магнитными) применяют более чистые металлические порошки.  
Предельное количество примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции. В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислорода, водорода, азота и др.) как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления или при последующей обработке.  
Воспламеняемость порошка связана с его способностью к самовозгоранию при соприкосновении с окружающей атмосферой, которая при относительно невысоких температурах может привести к воспламенению порошка или даже взрыву.  
Пожароопасность зависит от химической природы и чистоты металла, крупности и формы частиц порошка, состояния их поверхности (пленки оксидов уменьшают пожароопасность, а шероховатость усиливает ее).  
Воспламеняемость порошка зависит от того, находится ли он в свободно насыпанном состоянии (в виде аэрогеля) или в виде взвеси в окружающей атмосфере (в виде аэрозоля). Для аэрогелей определяют температуры самонагревания, тления, самовоспламенения, а также энергию воспламенения.