1 VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE Použití práškové metalurgie Prášková metalurgie umožňuje výrobu součástí z práškových směsí kovů navzájem neslévatelných (W-Cu, W-Ag), tj. v tekutém stavu nemísitelných nebo mísitelných jen částečně (Fe-Cu, Cu - Pb), dále směsí kovových prášků a prášků nekovů (bronz-grafit) a dále ze směsí nekovových prášků, a tak vhodně spojovat dobré vlastnosti jednotlivých složek. Umožňuje výrobu součástí z materiálů, které nelze vyrobit jiným způsobem, např. kovy a jejich slitiny s vysokou teplotou tání (W, Mo, Ta, Nb aj.). Pro konstrukční prvky, které musí mít porézní strukturu, jako samomazná ložisková pouzdra, filtry s určitou porézností. Výroba slinutého výlisku 1) Výroba kovového prášku. a) mechanickým mletím kovů a kovových slitin b) rozprašováním částic mletého kovu v proudu vzduchu nebo páry c) chemicky z práškových oxidů kovů d) elektrolyticky odlučováním z roztavených solných roztoků e) chemicko-fyzikálně rozkladem chemických kovových sloučenin při vysokých teplotách. 2) Zpracování kovových prášků Pro odstranění oxidů a vlhkosti se prášky žíhají. Potom se mechanicky smíchají způsobem, který odpovídá požadovanému složení a přidají se např.mazadla. 3) Lisování prášků K lisování tvaru se používají mechanické nebo hydraulické lisy s velkými tlaky. Stejnoměrné zhuštění asi na 1/7 původního objemu se dosahuje protiběžnými lisy. Výlisek je pórovitý a má malou soudržnost (asi jako křída). Píst lisu kovový prášek volně plněný před začátkem lisování kovový prášek slisovaný Píst lisu 4) Slinování výlisku. V uzavřených pecích se slisované práškové materiály zahřívají přibližně do 4/5 tavící teploty. Jednotlivé částečky prášků se přitom spékají v důsledku difůze atomů a spojování krystalových mřížek. Specifické vlastnosti jednotlivých práškových složek výsledek ještě dodatečně zesilují jako např. : tepelná odolnost a žáruvzdornost wolframu,pevnost titanu,odolnost proti kyselinám u kobaltu a niklu, nebo tvrdost molybdenu. Fáze při slinování:
2 a) při teplotě cca 500 C se vypuzují mazací prostředky b) Slinování se uskutečňuje při teplotách, které odpovídají jednotlivým materiálům, např. bronz při 600-900 C, slitiny železa při 1000 C až 1300 C, tvrdokovy při 1400-1600 C, titan, wolfram, molybden při 2000-2400 C. c) Po ochlazovací fázi opouštějí výrobky žíhací pec. VÝROBKY ZE SPÉKANÝCH PRÁŠKŮ 1. Slinuté materiály pro třískové obrábění SLINUTÉ KARBIDY se skládají z velmi tvrdých, vysoce odolných kovových karbidů jako je karbid wolframu (WC), karbid titanu (TiC), karbid tantalu (TaC) aj. Jsou slinovány nízkotavitelným pojivem (např. kobalt Co). Způsob výroby SK je typickým příkladem práškové metalurgie. Směsi jednotlivých prášků se lisují a pak slinují. Při slinování se taví kobalt, který rozpouští malou část karbidu a ta při ochlazování opět z větší části samostatně vykrystalizuje. Prášky se lisují tlakem 100 až 200 MPa ve výlisky, které se předběžně slinují při teplotách 700 až 900 O C ve vodíkové atmosféře. Z takto získaných soudržných výlisků se vyrábějí konečné tvary řezáním, broušením, soustružením, frézováním aj. Při vlastním slinování se výlisek smršťuje. Konečné slinování probíhá v nauhličujícím prostředí. Tím se zabrání oduhličení povrchu výrobků. Teplota slinování bývá 1 450 až 1 580 O C. Vlastnosti: SK mají vysokou tvrdost, odolnost proti tlaku a opotřebení, malou roztažnost, dobrou tepelnou vodivost a dostatečnou tvrdost při vysokých teplotách až 1000 C i více. Použití: Břitové destičky pro vrtáky, soustruž.nože, frézy, průvlaky, pěchovací nástroje, lisovací nástroje, aj. Břitové destičky ze SK se připájí na ocelový držák s pevností min. 800 MPa nebo se mechanicky připevní jako otočné břit.destičky. Jako pájka se používá elektrolytická měď nebo mosaz. POVLAKOVÉ SLINUTÉ KARBIDY. SK s tenkou vrstvou tvrdého materiálu (asi 5-12µm) se skládají: 1. ze základního materiálu, (tvořícího houževnaté jádro), který se váže s vrstvou tvrdého materiálu, 2. z jedné nebo několika vrstev tvrdého karbidu titanu (TiC), nitridu titanu (TiN), karbonitridu titanu (TiCN), oxidu hlinitého (Al 2 O 3 ) aj. Použití: Převážně pro břitové destičky s vysokou odolností proti opotřebení a trvanlivostí na řezné nástroje. KERAMICKÉ MATERIÁLY jsou produkty slinování oxidu hlinitého (Al 2 O 3 ) s příměsí karbidu titanu (popř.oxidu zirkonia) jako tvrdé látky a keramického pojiva. Jsou velmi tvrdé, odolné proti opotřebení, korozi, ale křehké a citlivé na nárazy a ohýbání. Použití: výhradně jako výměnné břitové destičky pro velmi vysokou řeznou rychlost pro obrábění litiny, ale také pro cementační a zušlechtěné oceli. POLYKRYSTALICKÝ DIAMANT se skládá ze syntetického diamantu, který se lisováním spojí s podložkou ze SK a zarovná pomocí laseru, vznikají břitové destičky nejvyšší řezné kvality. Výroba diamantu se uskutečňuje synteticky z grafitu pod vysokým tlakem při vysoké teplotě (nad 1400 C). KUBICKÝ NITRID BORU je produktem slučování hexagonálního nitridu boru (BN), má tvrdost blízkou diamantu, ale vyšší hodnotu tepelného odporu (1000 C). Použití: pro obrábění velmi tvrdých ocelových materiálů s minimální tvrdostí od 50 do 55 HRC. Řezné těleso se skládá z 50-90 % nitridu boru, zbytek tvoří keramické látky. 2. Kluzné materiály jsou značně pórovité a jejich póry jsou vyplněny vhodným mazivem kluzná ložiska z pórovitého čistého železa s obsahem pod 0,1% uhlíku - nejpoužívanější,
3 mají velkou pevnost a snesou vyšší zatížení. Nevýhodou je malá odolnost proti korozi, proto se napouští olejem. Odolnost železa proti zadření lze zvýšit přísadou grafitu nebo mědi. pórovitý bronz s obsahem 10 % cínu a 1 až 1,5% grafitu - mohou pracovat i za sucha. Použití: kluzná ložiska, pístní kroužky, vodící pouzdra aj. 3. Třecí materiály Požadavky na třecí materiály: vysoký součinitel tření i za vysokých teplot, měkký záběr, dobrá tepelná vodivost, velká odolnost proti otěru, dostatečnou pevnost v ohybu a tlaku, odolnost proti působení vlhkosti a povětrnostním vlivům. Podle složení rozlišujeme tři druhy třecích materiálů: 1. pórovitý cínoolověný bronz s grafitem 2. pórovitý cínoolověný bronz s grafitem,křemenem (SiO 2 ), popř. azbestem a dalšími nekovovými přísadami 3. pórovitý cínoolověný bronz s grafitem, křemenem a železem Použití: třecí segmenty na obložení brzd a spojek u dopravních prostředků. 4. Spékané oceli Spékaných ocelí se vyrábí několik druhů, od velmi pórovitých s hustotou od 5 kg/dm 3 po velmi hutné součásti s vysokou pevností a tažností s hustotou nad 7,2 kg/dm 3. Použití: Hustota ρ (kg/dm 3 ) Použití Pórovitost (%) pod 5,6 filtry na naftu, oleje více než 29 5,6-6,0 ložisková pouzdra, kluzné součásti 29-23,6 6,0-6,7 méně namáhané součásti s dobrou odolností proti otěru 6,7-7,2 více namáhané součásti, pólové nástavce a materiál k napájení mědí, 23,6-15 15-8 nad 7,2 k nauhličování, kalení nejvíce namáhané součásti, materiál k nauhličení a kalení méně než 8 5. Magnetické ferity Průmyslově vyráběné ferity jsou chem. sloučeniny dvou nebo více jednoduchých feritů. Největší význam mají MnZn ferity a NiZn ferity. Mají tmavošedou až černou barvu, jsou tvrdé, málo pórovité a odolné proti korozi, jsou značně křehké. Použití: jádra elektromagnetů, feritové antény rozhlasových a TV přijímačů, transformátory
4 pro vysoké výkony, cívky pro ladící okruhy, permanentní magnety. 6. Vysokoteplotní slinuté materiály vyrábí se zpravidla ze směsi prášků kovů s vysokou teplotou tání (přes 2000 0 C) jako W,Ta,Ti,Mo,Nb a jejich oxidy, silicidy, boridy. Z oxidů je to např.al 2 O 3 (30 % ) spolu s Cr (70%) používaný na výrobu trubic pyrometrů,trysek hořáků pro teploty do 1300 C. Ze skupiny silicidů je nejpoužívanější silicid molybdenu (MoSi 2 ). Má dobrou tepelnou a elektrickou vodivost a výbornou odolnost proti oxidaci za vysokých teplot (1450 až 1600 C). Používá se na odporová topná tělesa, součásti spalovacích turbín, trysky raketových motorů, termočlánky. Boridy patří kromě nitridu boru a diamantu mezi nejtvrdší látky (zejména borid titanu). Snáší teploty do 1300 C. Použití: spalovací motory, lopatky spalovacích turbín, měřidla teploty aj. Hlavní technologické zásady Některé ze zásad pro navrhování součástí z prášku: 1) Výška válcového výlisku nemá být větší než dvojnásobek jeho průměru.jinak nastává nerovnoměrné slisování,a tím i nestejnoměrné smršťování což způsobuje deformace výlisku. 2) Součásti s kruhovým průřezem lisujeme pouze ve směru podélné osy.při lisování ve směru kolmém na osu se místo kruhových průřezů navrhují tvary průřezů dle obrázku. chybné správné 3) Při lisování pouzder je třeba dodržet poměr délky pouzdra k tloušťce jeho stěny.tloušťka stěny má být ve směru lisování i ve směru kolmém minimálně 2 mm. 4) Díry menšího průměru než 2 mm nebo delší než dvojnásobek průměru je lepší dodatečně vyvrtat. 5) Rozměry výlisků kolmé ke směru lisování mohou být mnohem přesnější než rozměry ve směru lisování. Rozměry kolmé ke směru lisování - IT7 až IT6. Úchylky ve směru lisování bývají v rozmezí ±0,1 až ±0,3 mm. Konečná úprava Infiltrování slinutých částí, požaduje-li se absolutně utěsněná slinutá část proti kapalinám (vodě, oleji, plynu). Přitom se slinuté části impregnují nízko tavitelnými kovy (např.mědí). Galvanická úprava slinutých částí (kadmiování, mědění, niklování, chromování). Parní úprava (propařování) oxidací povrchu se dosahuje vyšší tvrdosti a lepší antikorozní
5 ochrany částečným ucpáním pórů na povrchu. Tvrzení po odpovídajícím nauhličení je možné kalení popř.povrchové kalení. Impregnace slinutých částí mazadly.