PRÁŠKOVÁ METALURGIE. Progresivní technologie s velkou úsporou kovové substance a energie

Transkript

1 Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10; s platností do r v návaznosti na platnost norem. Zákaz šíření a modifikace těchto materiálů. Děkuji Ing. D. Kavková Progresivní technologie s velkou úsporou kovové substance a energie PRÁŠKOVÁ METALURGIE

2 Podstata technologie zhotovovení polotovarů nebo hotových výrobků spojováním - kovů - kovů s nekovy ve formě prášků působením tlaku a tepla při teplotách nižších než je teplota tavení alespoň jedné ze spojovaných složek

3 Užití práškové metalurgie materiály nelze zpracovat jinou technologií - např. spojování komponent, které se spolu neslévají vyšší hospodárnost - zpracování materiálů s vysokým bodem tavení - sériová výroba drobných součástí kvalitní výsledky - vysoká čistota materiálů - dosažení přesného chemického složení - potřeba dosažení zvláštní struktury (poréznost)

4 Nevýhody menší hutnost materiálů nižší pevnost a houževnatost vyrobených materiálů vysoké náklady na nástroje

5 Kovové prášky - vlastnosti výchozí surovina - práškový kov - směs prášků různých kovů - směs prášk. kovu s nekovem charakteristika prášků - chemické složení (čistota) - velikost a tvar částic (rozložení, povrchové vlastnosti) - mikrostruktura a mikrotvrdost - stav částic (plasticky deformované, vyžíhané aj.)

6 Etapy výrobního postupu výroba prášků úprava prášků lisování prášků spékání (slinování) výlisků z prášků konečná úprava výrobků

7 Technologie výroby

8 Výroba prášků mechanicky - drcení a mletí - zejména u Cu, Fe, Al, Cr, Mn chemicky - redukce, slučování či štěpení - zejména u Cu, Ag, Fe, Ni, Co, W, Mo, Ti elektrochemicky - elektrolýzou vodných roztoků roztavených solí úprava kovových prášků

9 Kulový mlýn - Attritor intenzivní mokré mletí způsobeno třením mezi mokrou vsázkou a drobnými kuličkami aktivní tekutinou snížena povrchová energii částic a zabráněno vytvoření hrubých částic získané částice velikosti pod 0,002 mm

10 Úprava prášků redukce prášků po jejich výrobě rozprašováním vzduchem sušení prášků po jejich výrobě rozprašováním vodou prosévání a třídění prášků podle velikosti částic (od 1mm do 0,0001mm) míchání prášků podle žádaného složení výrobků přidávání dalších složek podle zvláštních požadavků (např. přidávání maziva pro zlepšení lisovatelnosti)

11 Výroba granulátu SK

12 Lisování prášků mechanický kontakt práškových částic - vzrůstá hustota - výsledná hustota závisí na pórovitosti (odlišná v různých místech výlisku) - rovnoměrná struktura (vhodné uspořádání nástroje - izostatické lisování) výrobek získává svůj tvar vzájemná soudržnost částic velmi malá tlaky při lisování v rozmezí ( )MPa

13 Způsoby lisování válcování (rotační) - pásy jednostranné - radiální smrštění nerovnoměrné oboustranné - smrštění rovnoměrné, hustota větší vícestranné - elastický obal ponořen v tlakové kapalině teplé (horké)

14 Rotační lisování prášků prášek ze zásobníku vstupuje mezi válce, které ho stlačují a zhutňují výrobky - tyče, pásy kontrola výlisků (vzhled, rozměr, vady)

15 Fáze lisování prášku a) stav při plnění b) přemísťování částic c) zhušťování částic d) stlačování a přetváření částic e) konečný stav po lisování

16 Jednostranné lisování prášků výlisky z dobře lisovatelných prášků nízké výlisky (h < d) výlisek je nejhutnější pod lisovníkem spodní strana se snadno drobí

17 Lisování břitových destiček

18 Nástroje

19 Oboustranné lisování prášků vyšší výlisky (h > 3d) zhutnění pod lisovníky větší než zhutnění uprostřed výlisku hustota výlisku rovnoměrnější a větší

20 Vícestranné (izostatické) lisování prášek lisujeme v obalu elastickém, nepropustném (pryžovém) tlaková kapalina (olej) rovnoměrná hustota výlisku výlisky libovolného tvaru i délky

21 Vícestranné (izostatické) lisování izostatické lisování získaný výlisek

22 Slinování (spékání) tj.tepelné působení na polotovar zhotovený předchozím lisováním snížená pórovitost (základní parametr ovlivňující mechanické i fyzikální vlastnosti) závislost mechanických vlastností na výsledné pórovitosti po slinování při teplotě1 000 C

23 Teplota slinování nad rekrystalizační teplotou základního kovu T s = (0,6 až 0,9).T t (K) závisí - na druhu a složení spojovaného materiálu - na vnějších podmínkách (tlak, prostředí) rozdělení - slinování v tuhém stavu - tavné slinování

24 Slinování v tuhém stavu v místě styku lisováním deformovaných zrn (A, B, C) vzniknou rekrystalizační zárodky (a, b, c) růst zárodků na úkor původních částic (zmenšování a mizení pórů - P)

25 Slinování v tuhém stavu

26 Tavné slinování použití u vícesložkových soustav přemísťování a nové uspořádání tuhých částic v kapalné fázi podmínka - smáčivost tuhých částic kapalnou fází dosažení nižší pórovitosti oproti slinováním v tuhém stavu nebezpečí oxidace prášků - slinování v ochranné atmosféře nebo ve vakuu

27 Konečná úprava závisí na druhu spékaného materiálu a účelu výrobků opakované lisování a slinování - zvýšení hutnosti, pevnosti a houževnatosti kalibrování - dolisování za studena pro dosažení přesného tvaru a rozměrů nauhličení - u ocelových výrobků, které budou za účelem zvýšení tvrdosti kaleny

28 Konečná úprava zaplnění pórů kovem s nižší teplotou tavení (např. Cu nebo Ni) - odstranění poréznosti sycení mazivem - výrobky s nízkým součinitelem tření (samomazná ložiska) povrchová ochrana - proti korozi

29 Schéma výroby SK

30 Výrobky práškové metalurgie konstrukční součásti (mechanicky namáhané součásti, kluzná ložiska, třecí materiály, pórovité materiály - kovové filtry, žárovzdorné a žáropevné materiály) elektrotechnické součásti (magnety, kontakty, kartáče, vlákna) nástrojové materiály (slinuté karbidy, PM oceli, keramické a brusné materiály, nitridy, boridy)

31 Mechanicky namáhané součásti menší sériově vyráběné součásti - menší nároky na pevnost houževnatost součástky pro motorová vozidla, do kancelářských strojů aj. (páčky, ozubená a řetězová kola, pístní kroužky) materiál - ocel, ocel s grafitem, ocel s mědí, bronz

32 Kluzná ložiska tlustostěnná samomazná ložiska - (10 až 25) % poréznost, před montáží do stroje se ložiska sytí olejem, materiál - ocel, ocel s grafitem, bronz, bronz s grafitem tenkostěnná ložiska nemazaná - směs cínového bronzu a plastu s nízkým součinitelem tření (nejčastěji teflon)

33 Kluzná ložiska tenkostěnná ložiska tlakově mazaná - konstrukce ložiska dvouvrstvá, kovový prášek je v potřebné tloušťce vrstvy zevnitř nalisován na ocelový podklad (plášť)

34 Třecí materiály na bázi Cu pro suchý provoz vysoce výkonné spojky a brzdové systémy

35 Třecí materiály na bázi Cu pro provoz v oleji s ohledem na rovnováhu, která se ustavuje mezi hydrodynamickým tlakem v olejovém filtru a kapilárními silami v pórech je zřejmé, že počet a velikost pórů má vliv na vytváření olejového filmu mezi třecími dvojicemi póry ovlivňují mimo jiné i cirkulaci oleje, která je spojena s ochlazováním materiálu zvýšení odvodu tepla z (50 až 70) %

36 Pórovité materiály a filtry pórovitost kluzných materiálů se pohybuje do 30%, pórovitost kovových filtrů z práškových materiálů dosahuje až 60 % a filtrů z kovových vláken až 90 % rozhodující je prostupnost vysoce pórovitých materiálů, tzn. všestranná otevřenost pórů kovové filtry

37 Výhody rovnoměrná pórovitost a filtrační schopnost mechanická pevnost (v tahu 30 MPa, v ohybu 60 MPa) odolnost vůči vyšším teplotám a jejich změnám (200 až 400 C dle typu materiálu) korozní odolnost na agresivním prostředí možnost spojování filtrů možnost univerzální aplikace

38 PM oceli požadavky na nástrojové materiály - tvrdost - houževnatost - odolnost proti otěru nástroje musí splňovat stále více náročnějších požadavků na pevnost v tlaku, pevnost za tepla

39 Výroba PM - ocelových produktů

40 PM oceli vysoce výkonné PM oceli třetí generace známé pod značkou BÖHLER MICROCLEA použití - především při obrábění kovů (odvalovací frézy, stopkové frézy, protahovací trny, závitníky atd.) - v nástrojích pro tváření za studena (např. lisování a děrování, jemné vysekávání, tváření, vytlačování), kde konvenčně vyráběné materiály narážejí na hranice své výkonnosti

41 Povlakovaná odvalovací fréza

42 Výroba PM ocelí vysoce čistá tekutá ocel je rozprašována dusíkem, tedy bez přístupu atmosféry, na velmi jemné částečky za podmínek extrémně vysokých rychlostí ochlazování, kterým jsou tyto jemné kuličky vystaveny jsou jak velikost karbidů, tak i jejich růst výrazně redukovány vzniklý prášek padá dolů, je při tom ochlazován, následně prosíván a ve vakuu plněn do kapslí

43 Výroba PM ocelí následuje isostatické lisování za tepla (HIP - Hot Isostatic Pressing) při tlaku ~ 1000 bar a teplotě 1200 C Pohled do izostatického lisu

44 Výroba PM ocelí v místech dotyku částic kovového prášku vznikají za těchto podmínek nová spojení a z vysoce čistého kovového prášku, tak vzniká produkt s homogenní strukturou a zcela isotropními vlastnostmi následné kování a válcování zajistí, že konečný produkt je bez pórů a má velmi jemnou karbidickou strukturu (velikost karbidů cca. 3-5µm) tyto konečné produkty mohou být ve formě drátů, tyčí, plechů nebo profilů tváření za tepla má také za následek výrazné zvýšení houževnatosti

45 Použitá literatura images.google.cz