Материаловедение. Шпаргалка
Шрифт:
Процесс приготовления смеси включает предварительный отжиг, сортировку порошка по размерам частиц (рассев) и смешение.
50. Формование и спекание порошков, области применения
Спекаемость – это прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.
Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах. Заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодное, горячее, гидростатическое) и прокаткой. В зависимости от размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно– и двустороннее прессование. Односторонним получают заготовки
При горячем прессовании технологически совмещаются процессы формообразования и спекания заготовки. В результате горячего прессования получаются материалы, характеризующиеся высокой прочностью, плотностью и однородностью структуры. Для изготовления пресс-форм лучше всего подходит графит.
Гидростатическое прессование применяют для получения металлокерамических заготовок. В качестве рабочей жидкости используют масло, воду, глицерин.
Выдавливанием изготовляют прутки, трубы и профили различного сечения. Профиль изготовляемой детали зависит от формы калиброванного отверстия пресс-формы. В качестве оборудования используют механические и гидравлические прессы.
Прокатка – один из наиболее производительных и перспективных способов, который используется для переработки порошковых материалов. В некоторых случаях процесс прокатки совмещают со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок.
Спекание проводят с целью повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрессованных заготовках отдельные частицы имеют малую долю контакта, поэтому спекание сопровождается ростом контактов между отдельными частицами порошка. В зависимости от времени и температуры спекания происходит увеличение прочности и плотности в результате активизации процесса образования контактных поверхностей. Если технологические параметры превышаются, это может привести к снижению прочности в результате роста зерен кристаллизации.
К атмосфере спекания предъявляются требования – безокислительные условия нагрева заготовок.
Заготовки после процесса спекания подвергают дополнительной обработке с целью повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоративных покрытий и защиты поверхности детали от коррозии.
Для повышения физико-механических свойств, спеченных заготовок применяют повторное прессование и спекание, пропитку смазочными материалами, термическую или химико-термическую обработку.
Повторное прессование и спекание позволяет получать детали с более высокой плотностью. Спеченные материалы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке при повышенных температурах. Обработка давлением позволяет снизить пористость материалов и повысить их пластичность.
Порошковые металлические материалы – это изготовленные при помощи метода приготовления порошковой шихты, формирования и спекания спеченные материалы. К данным материалам можно отнести твердые сплавы, дисперсноупрочненные композиты, анти– и фрикционные материалы, порошковые стали, спеченные цветные металлы, пористые металлические материалы.
Для того чтобы получить спеченные детали из порошковой стали, используются смеси порошков железа и легирующих порошков, а также порошки углеродистых и легированных сталей. Способы получения порошковых сталей: холодное прессование и спекание; двойное прессование и спекание; горячее прессование; горячая штамповка. Термическая обработка порошковых сталей осуществляется в специальных защитных средах. С целью
Широкое распространение в современном машиностроении получили порошковые спеченные антифрикционные материалы, приготовляемые с использованием медной и стальных матриц. Для приготовления более прочных и качественных материалов используются специальные добавки: фтористый кальций, графит, турбост-ратный нитрид бора. В результате после процесса спекания образуется пористая структура. В поровых каналах данной структуры могут сохраняться частицы масла и другие жидкие смазки. Материалы с пористой структурой являются наиболее подходящими для замены бронзовых и баббитовых металлических антифрикционных сплавов, которые достаточно дорогостоящие в применении.
В порошковой металлургии производится минералокерамика, которая получается при использовании железа, кобальта и других тугоплавких металлов. Изделия из бериллия также изготавливаются методами порошковой металлургии. Процесс изготовления: формование и спекание, горячая пластическая деформация.
51. Неорганические стекла. Техническая керамика
Неорганическое стекло – химически сложные аморфные изотропные материалы, обладающие свойствами хрупкого твердого тела.
Стекла состоят:
1. Стеклообразователи – основа:
а) Si02 – силикатное стекло, если Si02 > 99 %, то это кварцевое стекло;
б) AI2O3 + Si02 – алюмосиликатное стекло;
в) B23 + Si02 – боросиликатное стекло;
г) AI23 + B23 + Si02 – алюмоборосиликатное стекло;
2. Модификаторы, вводятся для придания стеклу определенных свойств. Ввод оксидов щелочноземельных металлов (I, II группа: Na, K) уменьшает температуру размягчения. Оксиды хрома, железа, ванадия придают стеклу определенные цвета. Оксиды свинца увеличивают коэффициент преломления. В зависимости от количества модификаторов стекла бывают: щелочные с содержанием модификаторов до 20–30 %, бесщелочные – до 5 % модификаторов, кварцевое стекло – модификаторов нет;
3. Компенсаторы, подавляют негативное воздействие модификаторов. Стекла в автомобилях, в стеклопластиках, оптика, теплопроводимость низкая, не растворимы в кислотах и щелочах.
Свойства стекол: стекла отличаются высокой твердостью и пределом прочности. Теоретически предел прочности достигает 10–12 ГПа. Модуль упругости E = 70 ГПа. Твердость по Виккерсу HV ~ 750 кгс/мм2. Практически предел прочности – 50-100 МПа. Низкий аВ объясняется факторами: высокий коэффициент линейного расширения. С остыванием стекла на его поверхности образуются растягивающие напряжения, что приводит к появлению трещин. Стекло – хороший теплоизолятор, что также приводит к образованию трещин. Стекло не сопротивляется динамическим нагрузкам.