pobieranie: pytania na Nowackiego - opracowane
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
1. Porcelana (wytwarzanie, struktura, właściwości)
2. Spieki ceramiczne specjalne
3. Ceramika żaroodporna
4. Metody formowania wyrobów z proszków
5. Metody formowania kompozytów zbrojonych włóknem
6. Spiekane materiały filtracyjne i samosmarujące
7. Metalurgia proszków jako metoda wytwarzania spieków kompozytów (s.
125-127)
8. Spieki kompozytów z osnową metaliczną umacniane dyspersyjnie i
cząstkami (s. 140-144)
9. Węgliki spiekane (s. 144-149)
10. Węglikostale (s. 156-158)
11. Spieki na styki elektryczne, metaliczno-diamentowe, cierne (s.
158-164)
1. Porcelana (wytwarzanie, struktura, właściwości)
Wytw:
przygotowanie surowców (rozdrobnienie, kruszenie, mielenie)
przygotowanie mas (odważenie i zmieszanie surowców z H2O dla
uplastycznienia)
formowanie
suszenie
wypalanie
szkliwienie
ponowne wypalanie
zdobienie farbami ceramicznymi
ponowne wypalanie
kontrola jakości i sortowanie
Porcelana
Porcelana miękka ma więcej skalenia porcelana twarda - kaolinitu.
Z porcelany twardej wyrabia się: wyroby stołowe, ceramikę sanitarną,
laboratoryjną. Z porcelany miękkiej tylko wyroby stołowe i
dekoracyjne
Kamionka – porcelana z zanieczyszczeniem FeO powyżej 4%
Porcelit – porcelana zanieczyszczona 2% FeO, ma żółty kolor
Właściwości porcelany:
360 – 1400 $ za tonę
2,3 –2,5 g/cm3
E = 70 GPa
Rm – 350 MPa
Rg – 45 MPa
Temp. mięknienia – 1200OC
Odp. Na szoki termiczne 220O
2. Spieki ceramiczne specjalne
3. Ceramika żaroodporna
Materiały ceramiczne żaroodporne- mają żaroodporność do 1580°C.
żaroodporność materiałów ceramicznych jest to temperatura
wierzchołek stoku wykonanego tego materiału dotknie podstawy (stożek
pirometryczny)
4. Metody formowania wyrobów z proszków
I.2 Prasowanie matrycowe
Prasowanie jest formowaniem proszku w zamkniętej przestrzeni matrycy
pod wpływem ciśnienia.
Proszek w komorze matrycy w wyniku nacisku stempla zachowuje się w
przybliżeniu tak jak ciecz. Przez tarcie stykających się cząstek
oraz ścian matrycy nie jest spełnione prawo Pascala i ciśnienie
wywierane na boczne ścianki jest mniejsze od ciśnienia stempla:
pb=(0,3÷0,4)p gdzie: pb – ciśnienie na ścianki, p – ciśnienie
stempla. Spadek ciśnienia powoduje zmniejszenie gęstości wypraski.
Różnice w gęstości można zmniejszyć przez:
środki poślizgowe
smarowanie ścianek matrycy
zastąpienie prasowania jednostronnego – dwustronnym
Podczas prasowania proszku plastycznego wyróżnia się stadia:
przemieszczania cząstek względem siebie
odkształcenia sprężystego cząstek
odkształcenia plastycznego cząstek
Podczas prasowania proszku kruchego zamiast odkształcenia plastycznego
występuje kruszenie cząstek.
Wzajemne przesuwanie się i ruch obrotowy cząstek względem siebie
powoduje dopasowywanie się ich i stopniowy wzrost gęstości. W stadium
tym od powierzchni zaczynają odrywać się tlenki. Dalszy wzrost
ciśnienia powoduje odkształcanie się cząstek. Cząstki
odkształcają się najpierw na powierzchni a następnie odkształcenie
przesuwa się w głąb cząstek. Ciągle odrywają się i pękają
tlenki. Odsłonięcie czystych powierzchni metalicznych prowadzi do
tworzenia zgrzein między cząstkami. Wraz ze wzrostem ciśnienia
rośnie gęstość wypraski. Przyrost gęstości jest największy dla
małych ciśnień, a dla p>1000 jest równy praktycznie zero.
Po odciążeniu wypraska rozpręża się nieco zaklinowując w
ściankach matrycy. Aby ją wyjąć należy przyłożyć tzw. siłę
wypychającą. Rozprężenie wypraski zależy od rodzaju proszku,
środków poślizgowych i ciśnienia prasowania.
I.3. Inne metody formowania:
prasowanie izostatyczne – opis poniżej
prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) – stosowane do formowania
wyrobów o jak najniższej porowatości. Stosowane do proszków trudno
zagęszczających się. Ciśnienie wywiera gaz (najczęściej
obojętny). Prasowanie zachodzi w wysokiej temp. aby zapewnić większą
plastyczność proszku. Formy wytwarza się z materiałów
żaroodpornych o dużej plastyczności w temp. prasowania.
prasowanie z przesuwającą się matrycą – stempel zagęszcza luźno
zasypany proszek w matrycy rynnowej. W czasie 1 cyklu matryca przesuwa
się o szerokość stempla. Stosuje się do formowania prętów i taśm
o większej długości i znacznej grubości, oraz z bimetali.
walcowanie proszków – luźno zasypany proszek dostaje się do
przestrzeni między walcami, gdzie ulega ściskaniu. Stosuje się do
wytwarzania taśm płaskich lub z bimetali. Taśmy te mają dużą
porowatość więc ich grubość nie przekracza 6 mm.
prasowanie udarowe – zagęszczenie następuje w wyniku oddziaływania
fali wybuchu bezpośrednio na proszek lub poprzez stempel. Czas = 1/1000
sekundy, p= ok. 10000 MPa. Otrzymuje się wypraski w kształcie
prętów, rur. Mają dużą gęstość i dobrą wytrzymałość.
prasowanie matrycowe na gorąco – połączenie prasowania i spiekania
w jednym procesie. Otrzymuje się spieki nieporowate o wysokich
właściwościach mechanicznych. Stosuje się do proszków trudno
topliwych.
wyciskanie proszków – przez odpowiednio ukształtowaną dyszę
wyciska się gęstą pastę – proszek z plastyfikatorem (zlepiaczem).
Następnie wyrób suszy się i spieka gdzie odparowuje plastyfikator.
formowanie wibracyjne – luźno zasypany proszek zagęszcza się
wibratorami o częstotliwościach 8-15 Hz (mechaniczne) lub 50-20000 Hz
(elektromagnetyczne)
odlewanie proszków – do wyrobów o skomplikowanym kształcie, z
proszków trudno prasujących się i drobnoziarnistych. Silnie
zagęszczoną zawiesinę (proszek + dodatki poprawiające lejność)
odlewa się do porowatej formy (wchłaniającej ciecz). Odlew podsusza
się, wyjmuje z formy, suszy i spieka. Otrzymuje się wyroby o
gęstości do 98% materiału nieporowatego.
natryskiwanie proszków – do cienkościennych skorup. Natryskiwanie za
pomocą pistoletu zawiesiny proszku w cieczy łatwo parującej z
dodatkiem żywic organicznych. Następnie kształtkę spieka się.
Prasowanie izostatyczne zagęszczanie w formie z materiału plastycznego
przez oddziaływanie ciśnienia hydrostatycznego. Ciśnienie wywierane
jest równomiernie na wszystkie ścianki formy przez wodę lub inną
ciecz zgodnie z prawem Pascala. Trójosiowy stan naprężenie zapewnia
b. dobre i równomierne zagęszczenie. PI na mokro – po zagęszczeniu
wyjmuje się formę z prasy i usuwa z niej wypraskę. PI na sucho –
forma pozostaje w prasie a wypraska jest usuwana za pomocą wypychacza.
PI zapewnia:
małe naprężenia w wyprasce
zmniejszenie ilości środków poślizgowych
jednorodność materiału wypraski
możliwość obróbki mechanicznej wypraski
brak ograniczenia kształtu i rozmiarów wypraski
większą plastyczność wypraski.
5. Metody formowania kompozytów zbrojonych włóknem
Kompozyty zbrojone włóknem wytwarza się poprzez.
- nasycanie kompozytu (metal lub ciekła żywica jest w wyniku
działania sił kapilarnych „zasysany” przez włókna kompozytu)
- nasycanie ciśnieniowe (ciecz nasyca kompozyt z góry pod wpływem
ciśnienia)
- nasycanie próżniowe (jedna strona kompozytu zanurzona jest w cieczy,
a od drugiej w wyniku działania próżni jest ona zasysana)
- ciągłe nasycanie (włókna kompozytu są zanurzone w cieczy gdzie
są w stanie dość luźnym bez ścisku, następnie są one coraz
bardziej ściskane w miarę wyciągania z cieczy która je nasyca)
Role osnowy
- przekazanie obciążenia na włókna
- osłona włókien przed uszkodzeniem
Rodzaje osnowy
- metaliczne (aluminium magnez i ich stopy, czasami stopy żelaza ,
stale nierdzewne)
- polimerowe (żywice epoksydowe lub fenolowe)
6. Spiekane materiały filtracyjne i samosmarujące (NIC NIE MA O
SPIEKANYCH)
- materiały samosmarujące są porowatymi elementami łożysk i
ślizgowych których pory wypełnione są olejem, w czasie pracy olej
wydostaje się na powierzchnie i smaruje. Po pracy powraca.
Zastosowanie- tam gdzie nie da się wprowadzić smarowania (gospodarstwo
domowe: odkurzacze, miksery). Maszyny elektryczne (silniki) małe
ciśnienie prasowania, niskie temperatury spiekania, małe czasy.
- materiały filtracyjne wytwarzane są tak żeby uzyskać wysoka
wielkośc porów. Zalety: wytrzymałość filtrów, żaroodporność,
mają dobre parametry filtracyjne, są bardzo proste w montażu.
Możliwe są do regeneracji, można je czyścić kwasach,
rozpuszczalnikach.
Wykonanie: małe ciśnienie prasowania, luźny zasyp proszkow, krotkie
czasy spiekania i niskie temperatury. Po wykonaniu element zanurza się
w goracym oleju.
7. Metalurgia proszków jako metoda wytwarzania spieków kompozytów (s.
125-127)
¬
®
>
€
Ľ
@
Ü
ň
$ zawory, koła zębate pomp olejowych, pierścienie tłokowe, tłoczki
hamulców. –w przemyśle maszynowym na: łożyska ślizgowe, koła
zębate, dźwignie, filtry i krzywiki. – w przemyśle ,budowlanym:
zapadki zamków, łożyska klamek, klucze, segmenty zębate, tuleje,
rolki. W przemyśle elektrotechnicznym na: łożyska ślizgowe, styki,
elektrody, pierścienie ślizgowe, koła i segmenty zębate,
nabiegunniki. Przemysł zbrojeniowy-elementy broni. Kierunki rozwoju
metalurgii proszków 1produkcja wyrobów masowych 2produkcja wyrobów o
szczególnych właściwościach fizycznych. Ad1. chodzi o to aby produkt
był tani, nawet można obniżyć jego wytrzymałość ale żeby
spełniało swoją rolę. Nie koniecznie musi być wykonane metodą
spiekania metali. Ad2. SA to elementy które musza być dobrej jakości,
cena nie gra roli. Wyroby nie są masowej produkcji. Tą metodą
produkuje się np. kompozyty o bardzo złożonym składzie fazowym,
powierzchni porowatej. Metoda które nie odlejemy np. wolfram (cienki
jak włos)
II.1. Metalurgia proszków zapewnia:
dyfuzyjne połączenie osnowy ze zbrojeniem
duże możliwości doboru rodzaju, postaci i rozmiarów zbrojenia
Wytwarza się kompozyty:
porowate i nieporowate
umocnione dyspersyjnie i zbrojone cząstkami
8. Spieki kompozytów z osnową metaliczną umacniane dyspersyjnie i
cząstkami (s. 140-144)
1. SPIEKANE KOMPOZYTY Z OSNOWĄ METALICZNĄ UMACNIANE DYSPERSYJNIE
są to stopy ODS. Znajdują zastosowanie w warunkach pracy w wysokiej
temperaturze i przy dużych obciążeniach mechanicznych. Do najbardziej
rozpowszechnionych należą materiały metalowo-ceramiczne
Al.-(10-20%)Al2O3 – SAP. Blachy, płyty i profile z tych materiałów
są wytwarzane przez prasowanie i spiekanie mieszanek proszków Al.-A
l2O3 lub powierzchniowo utlenionych proszków Al. Przy dobrych
właściwościach mechanicznych w temp. pokojowej i temp. podwyższonej
SAP znajduje zastosowanie na tłoki, głowice silników spalinowych,
łopatki turbin, piasty wałów sprężarek silników odrzutowych.
Kompozyty metaliczne umocnione dyspersyjnie mają znacznie wyższą
temperaturę rekrystalizacji niż stopy metali z których wytworzono
osnowę. temperatura ta w przypadku metali nie przekracza ½ temp.
topnienia T<0,5 Ttop. W przypadku kompozytów umocnionych dyspersyjnie
jest ona bliska temp. topnienia T≈0,8 Ttop.
2.MIKROSTRUKTURA SPIEKANYCH KOMPOZYTÓW Z OSNOWĄ METALICZNĄ ZBROJONYCH
CZĄSTKAMI
można podzielić je na: - cermetale (spieki ceramiczno-metaliczne), -
węgliki spiekane (spieki węglików wolframu i innych metali wysoko
topliwych z kobaltem, niklem i żelazem).
Spiekane kompozyty z osnową metaliczną zbrojone cząstkami znajdują
zastosowanie jako materiały o specjalnych właściwościach
uzyskiwanych w wyniku odpowiedniego połączenia metalicznej osnowy i
zbrojenia. Zbrojeniem są w tym przypadku cząstki o rozmiarach znacznie
większych w porównaniu z rozmiarami cząstek w kompozytach umacnianych
dyspersyjnie. Najczęściej średni rozmiar to 0,001mm do 0,02 mm.
materiały używane na osnowę: Co, Ni, Fe, Cu i ich stopy, na
zbrojenie: WC, TiC, TaC, NbC, VC, SiC, BN, diament. Zbrojenie modyfikuje
właściwości kompozytu przez sumowanie swoich właściwości z
właściwościami osnowy. O właściwościach kompozytu będą
decydowały właściwości składników i ich objętość względna, i w
efekcie mikrostruktura materiału. Spiekane kompozyty z osnową
metaliczną zbrojone małymi cząstkami znajdują zastosowanie jako
tworzywa narzędziowe, a z dużą objętością względem osnowy jako
tworzywa konstrukcyjne.
9. Węgliki spiekane (s. 144-149)
A. Węgliki spiekane.
Ze względu na budowę zalicza się je do spiekanych kompozytów z
osnową metaliczną zbrojonych cząstkami. Stanowią spieki twardych
węglików metali wysokotopliwych: WC, TiC, TaC, NbC, VC oraz
metalicznej osnowy. Duża twardość wymienionych węglików 1900-2500HV
decyduje o dużej odporności na zużycie cierne węglików spiekanych.
Jednak wysoka kruchość nie pozwala na zastosowanie ich jako
materiałów narażonych na dynamiczne oddziaływanie obciążeń
zewnętrznych. Grupy węglików spiekanych: * WC-Co – narzędzia do
skrawania żeliwa i materiałów niemetalicznych, skał, narzędzia do
obróbki plastycznej; * WC-TiC-Co – narzędzia do skrawania stali.
Proces technologiczny węglików spiekanych: - wytworzenie proszków
węglików metali wysokotopliwych WC, TiC, TaC w wyniku nawęglania
tlenków metali; - wytworzenie mieszaniny proszków przez długotrwałe
mieszanie w młynach kulowych; - formowanie mieszaniny proszków
węglików metali i kobaltu w kształtki lub płyty; - spiekanie w
atmosferze redukującej wodoru, gazu ziemnego lub próżni w
temp.800-1000’C; - wyjęcie kształtek; * ostrzenie kształtek przez
szlifowanie karborundem, węglikiem boru lub diamentem; - spiekanie
końcowe w atmosferze redukującej w temp.1400-1600’C; - ponowne
ostrzenie kształtek przez szlifowanie karborundem jeżeli zachodzi taka
konieczność. Inne metody formowania: * prasowanie izostatyczne na
zimno lub gorąco; * prasowanie matrycowe na gorąco; * wyciskanie i
spiekanie.
Struktura węglików spiekanych: - pierwotny węglik wolframu WC o
średnicy ziarna 0,001-0,002mm, - pierwotny węglik wolframu WC o
średnicy ziarna 0,004-0,006mm, który uległ rekrystalizacji podczas
spiekania; - roztwór stały wolframu, kantalu, węgla w kobalcie;.
Węgliki spiekane znajdują zastosowanie jako materiały na narzędzia
do skrawania stopów żelaza, stopów nieżelaznych, materiałów
niemetalicznych oraz narzędzi do obróbki plastycznej. Gatunki o
wysokiej zawartości kobaltu coraz częściej są wykorzystywane jako
materiały konstrukcyjne elementów maszyn od których jest wymagana
duża odporność na ścieranie, szczególnie w podwyższonych
temperaturach, np. elementy łożysk ślizgowych i tocznych.
10. Węglikostale (s. 156-158)
B. Węglikostale.
Należą do grupy spiekanych kompozytów z osnową metaliczną zbrojnych
cząstkami o właściwościach pośrednich między stalami
narzędziowymi a węglikami spiekanymi. Mają 10-20-krotnie większą
odporność na zużycie niż stal szybkotnąca. Osnowa w węglikostalach
odpowiada składem chemicznym stali konstrukcyjnej do ulepszania
cieplnego, stali austenitycznej odpornej na korozję. Fazę węglikową
stanowią węgliki tytanu TiC. Węglikostale charakteryzują się
znacznie większą ciągliwością niż węgliki spiekane, a
jednocześnie dużą odpornością na zużycie cierne. Mogą być
wytwarzane metodą: * prasowania i spiekania mieszaniny proszków
węglika i stali; * nasycania roztopioną stalą spieczonego wstępnie
porowatego szkieletu z węglika. Węglikostale Ferro-Titanit
charakteryzują się: - możliwością obróbki mechanicznej gdy ich
osnowa znajduje się w stanie zmiękczonym, - umocnieniem osnowy w
wyniku przemiany martenzytycznej, - dużą odpornością na zużycie
cierne i korozję; - możliwością wielokrotnej regeneracji metodą
obróbki cieplnej i skrawania.
11. Spieki na styki elektryczne, metaliczno-diamentowe, cierne (s.
158-164)
C. Spieki metali na styki elektryczne.
Materiały na styki elektryczne charakteryzują się dobrą
przewodnością elektryczną i cieplną, odpornością na utlenianie,
zgrzewanie, korozję. Metodą metalurgii proszków można wytwarzać
styki elektryczne o składzie chemicznym i właściwościach
nieosiągalnych innymi metodami. Wykonuje się je w formie nakładek
spajanych z rdzeniem. Można wyróżnić: - styki o strukturze
pseudostopów, - styki ślizgowe, - styki wolframowe nieiskrzące. styki
o strukturze pseudostopów wykonuje się następującymi metodami: -
prasowanie mieszaniny proszków, spiekanie w temperaturze niższej niż
temperatura topnienia najniżej topliwego składnika; - zalanie ciekła
miedzią luźno zasypanego do formy proszku; - prasowanie na gorąco
mieszaniny proszków. Spiekane styki metalowo-węglowe wytwarza się
metodą prasowania i spiekania albo prasowania na gorąco.
D. Spieki metaliczno-diamentowe.
Stanowią grupę spiekanych tworzyw narzędziowych przeznaczonych na
elementy narzędzi tnących, wiertniczych i szlifierskich. Mają dużą
twardość, odporność na zużycie, w miarę dobrą ciągliwość. Są
używane do obróbki materiałów twardych i trudnoobrabialnych. Są
stosowane jako nakładki albo segmenty narzędzi do obróbki końcowej
innych cermetali, w tym węglików spiekanych. Osnową spieków
metaliczno-diamentowych w zależności od wymagań dotyczących
twardości, odporności na zużycie ścierne są: stopy miedzi, żelaza,
w tym stale nierdzewne, stopy metali o wysokiej temperaturze topnienia i
cermetale WC-Co, WC-Ni i WC-TiC-Co. Są wytwarzane metodą: - prasowania
i spiekania mieszaniny proszku osnowy metalicznej i diamentu; -
nasycania porowatych spieków metaliczno-diamentowych metalem osnowy; -
prasowania na gorąco mieszaniny proszku osnowy metalicznej i diamentu.
E. Spiekane materiały cierne.
Są kompozytami ceramiczno-metalicznymi przeznaczonymi na wykładziny
sprzęgieł i hamulców w układach silnie obciążonych i narażonych
na oddziaływanie wysokiej temperatury, przekraczającej 600’C. W tych
warunkach są jedynymi materiałami spełniającymi wymagania dobrej
wytrzymałości mechanicznej, odporności na działanie wysokiej temp.,
stabilności procesu tarcia. Spieki cierne wykonuje się w postaci
segmentów lub nakładek zgrzewanych, spiekanych lub nalutowanych na
podkładki. W skład spiekanych materiałów ciernych wchodzą: Cu, Sn,
Pb, Fe, grafit, SiO2. Spiekane materiały cierne produkowane jako
płytki o twardości 20-60HB stosowane są jako nakładki w sprzęgłach
i hamulcach, pracujących w oleju lub na sucho, w pojazdach lub
maszynach o bardzo wysokiej sprawności.
pytania na Nowackiego - opracowane
1. Porcelana (wytwarzanie, struktura, właściwości)
2. Spieki ceramiczne specjalne
3. Ceramika żaroodporna
4. Metody formowania wyrobów z proszków
5. Metody formowania kompozytów zbrojonych włóknem
6. Spiekane materiały filtracyjne i samosmarujące
7. Metalurgia proszków jako metoda wytwarzania spieków kompozytów (s.
125-127)
8. Spieki kompozytów z osnową metaliczną umacniane dyspersyjnie i
cząstkami (s. 140-144)
9. Węgliki spiekane (s. 144-149)
10. Węglikostale (s. 156-158)
11. Spieki na styki elektryczne, metaliczno-diamentowe, cierne (s.
158-164)
1. Porcelana (wytwarzanie, struktura, właściwości)
Wytw:
przygotowanie surowców (rozdrobnienie, kruszenie, mielenie)
przygotowanie mas (odważenie i zmieszanie surowców z H2O dla
uplastycznienia)
formowanie
suszenie
wypalanie
szkliwienie
ponowne wypalanie
zdobienie farbami ceramicznymi
ponowne wypalanie
kontrola jakości i sortowanie
Porcelana
Porcelana miękka ma więcej skalenia porcelana twarda - kaolinitu.
Z porcelany twardej wyrabia się: wyroby stołowe, ceramikę sanitarną,
laboratoryjną. Z porcelany miękkiej tylko wyroby stołowe i
dekoracyjne
Kamionka – porcelana z zanieczyszczeniem FeO powyżej 4%
Porcelit – porcelana zanieczyszczona 2% FeO, ma żółty kolor
Właściwości porcelany:
360 – 1400 $ za tonę
2,3 –2,5 g/cm3
E = 70 GPa
Rm – 350 MPa
Rg – 45 MPa
Temp. mięknienia – 1200OC
Odp. Na szoki termiczne 220O
2. Spieki ceramiczne specjalne
3. Ceramika żaroodporna
Materiały ceramiczne żaroodporne- mają żaroodporność do 1580°C.
żaroodporność materiałów ceramicznych jest to temperatura
wierzchołek stoku wykonanego tego materiału dotknie podstawy (stożek
pirometryczny)
4. Metody formowania wyrobów z proszków
I.2 Prasowanie matrycowe
Prasowanie jest formowaniem proszku w zamkniętej przestrzeni matrycy
pod wpływem ciśnienia.
Proszek w komorze matrycy w wyniku nacisku stempla zachowuje się w
przybliżeniu tak jak ciecz. Przez tarcie stykających się cząstek
oraz ścian matrycy nie jest spełnione prawo Pascala i ciśnienie
wywierane na boczne ścianki jest mniejsze od ciśnienia stempla:
pb=(0,3÷0,4)p gdzie: pb – ciśnienie na ścianki, p – ciśnienie
stempla. Spadek ciśnienia powoduje zmniejszenie gęstości wypraski.
Różnice w gęstości można zmniejszyć przez:
środki poślizgowe
smarowanie ścianek matrycy
zastąpienie prasowania jednostronnego – dwustronnym
Podczas prasowania proszku plastycznego wyróżnia się stadia:
przemieszczania cząstek względem siebie
odkształcenia sprężystego cząstek
odkształcenia plastycznego cząstek
Podczas prasowania proszku kruchego zamiast odkształcenia plastycznego
występuje kruszenie cząstek.
Wzajemne przesuwanie się i ruch obrotowy cząstek względem siebie
powoduje dopasowywanie się ich i stopniowy wzrost gęstości. W stadium
tym od powierzchni zaczynają odrywać się tlenki. Dalszy wzrost
ciśnienia powoduje odkształcanie się cząstek. Cząstki
odkształcają się najpierw na powierzchni a następnie odkształcenie
przesuwa się w głąb cząstek. Ciągle odrywają się i pękają
tlenki. Odsłonięcie czystych powierzchni metalicznych prowadzi do
tworzenia zgrzein między cząstkami. Wraz ze wzrostem ciśnienia
rośnie gęstość wypraski. Przyrost gęstości jest największy dla
małych ciśnień, a dla p>1000 jest równy praktycznie zero.
Po odciążeniu wypraska rozpręża się nieco zaklinowując w
ściankach matrycy. Aby ją wyjąć należy przyłożyć tzw. siłę
wypychającą. Rozprężenie wypraski zależy od rodzaju proszku,
środków poślizgowych i ciśnienia prasowania.
I.3. Inne metody formowania:
prasowanie izostatyczne – opis poniżej
prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) – stosowane do formowania
wyrobów o jak najniższej porowatości. Stosowane do proszków trudno
zagęszczających się. Ciśnienie wywiera gaz (najczęściej
obojętny). Prasowanie zachodzi w wysokiej temp. aby zapewnić większą
plastyczność proszku. Formy wytwarza się z materiałów
żaroodpornych o dużej plastyczności w temp. prasowania.
prasowanie z przesuwającą się matrycą – stempel zagęszcza luźno
zasypany proszek w matrycy rynnowej. W czasie 1 cyklu matryca przesuwa
się o szerokość stempla. Stosuje się do formowania prętów i taśm
o większej długości i znacznej grubości, oraz z bimetali.
walcowanie proszków – luźno zasypany proszek dostaje się do
przestrzeni między walcami, gdzie ulega ściskaniu. Stosuje się do
wytwarzania taśm płaskich lub z bimetali. Taśmy te mają dużą
porowatość więc ich grubość nie przekracza 6 mm.
prasowanie udarowe – zagęszczenie następuje w wyniku oddziaływania
fali wybuchu bezpośrednio na proszek lub poprzez stempel. Czas = 1/1000
sekundy, p= ok. 10000 MPa. Otrzymuje się wypraski w kształcie
prętów, rur. Mają dużą gęstość i dobrą wytrzymałość.
prasowanie matrycowe na gorąco – połączenie prasowania i spiekania
w jednym procesie. Otrzymuje się spieki nieporowate o wysokich
właściwościach mechanicznych. Stosuje się do proszków trudno
topliwych.
wyciskanie proszków – przez odpowiednio ukształtowaną dyszę
wyciska się gęstą pastę – proszek z plastyfikatorem (zlepiaczem).
Następnie wyrób suszy się i spieka gdzie odparowuje plastyfikator.
formowanie wibracyjne – luźno zasypany proszek zagęszcza się
wibratorami o częstotliwościach 8-15 Hz (mechaniczne) lub 50-20000 Hz
(elektromagnetyczne)
odlewanie proszków – do wyrobów o skomplikowanym kształcie, z
proszków trudno prasujących się i drobnoziarnistych. Silnie
zagęszczoną zawiesinę (proszek + dodatki poprawiające lejność)
odlewa się do porowatej formy (wchłaniającej ciecz). Odlew podsusza
się, wyjmuje z formy, suszy i spieka. Otrzymuje się wyroby o
gęstości do 98% materiału nieporowatego.
natryskiwanie proszków – do cienkościennych skorup. Natryskiwanie za
pomocą pistoletu zawiesiny proszku w cieczy łatwo parującej z
dodatkiem żywic organicznych. Następnie kształtkę spieka się.
Prasowanie izostatyczne zagęszczanie w formie z materiału plastycznego
przez oddziaływanie ciśnienia hydrostatycznego. Ciśnienie wywierane
jest równomiernie na wszystkie ścianki formy przez wodę lub inną
ciecz zgodnie z prawem Pascala. Trójosiowy stan naprężenie zapewnia
b. dobre i równomierne zagęszczenie. PI na mokro – po zagęszczeniu
wyjmuje się formę z prasy i usuwa z niej wypraskę. PI na sucho –
forma pozostaje w prasie a wypraska jest usuwana za pomocą wypychacza.
PI zapewnia:
małe naprężenia w wyprasce
zmniejszenie ilości środków poślizgowych
jednorodność materiału wypraski
możliwość obróbki mechanicznej wypraski
brak ograniczenia kształtu i rozmiarów wypraski
większą plastyczność wypraski.
5. Metody formowania kompozytów zbrojonych włóknem
Kompozyty zbrojone włóknem wytwarza się poprzez.
- nasycanie kompozytu (metal lub ciekła żywica jest w wyniku
działania sił kapilarnych „zasysany” przez włókna kompozytu)
- nasycanie ciśnieniowe (ciecz nasyca kompozyt z góry pod wpływem
ciśnienia)
- nasycanie próżniowe (jedna strona kompozytu zanurzona jest w cieczy,
a od drugiej w wyniku działania próżni jest ona zasysana)
- ciągłe nasycanie (włókna kompozytu są zanurzone w cieczy gdzie
są w stanie dość luźnym bez ścisku, następnie są one coraz
bardziej ściskane w miarę wyciągania z cieczy która je nasyca)
Role osnowy
- przekazanie obciążenia na włókna
- osłona włókien przed uszkodzeniem
Rodzaje osnowy
- metaliczne (aluminium magnez i ich stopy, czasami stopy żelaza ,
stale nierdzewne)
- polimerowe (żywice epoksydowe lub fenolowe)
6. Spiekane materiały filtracyjne i samosmarujące (NIC NIE MA O
SPIEKANYCH)
- materiały samosmarujące są porowatymi elementami łożysk i
ślizgowych których pory wypełnione są olejem, w czasie pracy olej
wydostaje się na powierzchnie i smaruje. Po pracy powraca.
Zastosowanie- tam gdzie nie da się wprowadzić smarowania (gospodarstwo
domowe: odkurzacze, miksery). Maszyny elektryczne (silniki) małe
ciśnienie prasowania, niskie temperatury spiekania, małe czasy.
- materiały filtracyjne wytwarzane są tak żeby uzyskać wysoka
wielkośc porów. Zalety: wytrzymałość filtrów, żaroodporność,
mają dobre parametry filtracyjne, są bardzo proste w montażu.
Możliwe są do regeneracji, można je czyścić kwasach,
rozpuszczalnikach.
Wykonanie: małe ciśnienie prasowania, luźny zasyp proszkow, krotkie
czasy spiekania i niskie temperatury. Po wykonaniu element zanurza się
w goracym oleju.
7. Metalurgia proszków jako metoda wytwarzania spieków kompozytów (s.
125-127)
¬
®
>
€
Ľ
@
Ü
ň
$ zawory, koła zębate pomp olejowych, pierścienie tłokowe, tłoczki
hamulców. –w przemyśle maszynowym na: łożyska ślizgowe, koła
zębate, dźwignie, filtry i krzywiki. – w przemyśle ,budowlanym:
zapadki zamków, łożyska klamek, klucze, segmenty zębate, tuleje,
rolki. W przemyśle elektrotechnicznym na: łożyska ślizgowe, styki,
elektrody, pierścienie ślizgowe, koła i segmenty zębate,
nabiegunniki. Przemysł zbrojeniowy-elementy broni. Kierunki rozwoju
metalurgii proszków 1produkcja wyrobów masowych 2produkcja wyrobów o
szczególnych właściwościach fizycznych. Ad1. chodzi o to aby produkt
był tani, nawet można obniżyć jego wytrzymałość ale żeby
spełniało swoją rolę. Nie koniecznie musi być wykonane metodą
spiekania metali. Ad2. SA to elementy które musza być dobrej jakości,
cena nie gra roli. Wyroby nie są masowej produkcji. Tą metodą
produkuje się np. kompozyty o bardzo złożonym składzie fazowym,
powierzchni porowatej. Metoda które nie odlejemy np. wolfram (cienki
jak włos)
II.1. Metalurgia proszków zapewnia:
dyfuzyjne połączenie osnowy ze zbrojeniem
duże możliwości doboru rodzaju, postaci i rozmiarów zbrojenia
Wytwarza się kompozyty:
porowate i nieporowate
umocnione dyspersyjnie i zbrojone cząstkami
8. Spieki kompozytów z osnową metaliczną umacniane dyspersyjnie i
cząstkami (s. 140-144)
1. SPIEKANE KOMPOZYTY Z OSNOWĄ METALICZNĄ UMACNIANE DYSPERSYJNIE
są to stopy ODS. Znajdują zastosowanie w warunkach pracy w wysokiej
temperaturze i przy dużych obciążeniach mechanicznych. Do najbardziej
rozpowszechnionych należą materiały metalowo-ceramiczne
Al.-(10-20%)Al2O3 – SAP. Blachy, płyty i profile z tych materiałów
są wytwarzane przez prasowanie i spiekanie mieszanek proszków Al.-A
l2O3 lub powierzchniowo utlenionych proszków Al. Przy dobrych
właściwościach mechanicznych w temp. pokojowej i temp. podwyższonej
SAP znajduje zastosowanie na tłoki, głowice silników spalinowych,
łopatki turbin, piasty wałów sprężarek silników odrzutowych.
Kompozyty metaliczne umocnione dyspersyjnie mają znacznie wyższą
temperaturę rekrystalizacji niż stopy metali z których wytworzono
osnowę. temperatura ta w przypadku metali nie przekracza ½ temp.
topnienia T<0,5 Ttop. W przypadku kompozytów umocnionych dyspersyjnie
jest ona bliska temp. topnienia T≈0,8 Ttop.
2.MIKROSTRUKTURA SPIEKANYCH KOMPOZYTÓW Z OSNOWĄ METALICZNĄ ZBROJONYCH
CZĄSTKAMI
można podzielić je na: - cermetale (spieki ceramiczno-metaliczne), -
węgliki spiekane (spieki węglików wolframu i innych metali wysoko
topliwych z kobaltem, niklem i żelazem).
Spiekane kompozyty z osnową metaliczną zbrojone cząstkami znajdują
zastosowanie jako materiały o specjalnych właściwościach
uzyskiwanych w wyniku odpowiedniego połączenia metalicznej osnowy i
zbrojenia. Zbrojeniem są w tym przypadku cząstki o rozmiarach znacznie
większych w porównaniu z rozmiarami cząstek w kompozytach umacnianych
dyspersyjnie. Najczęściej średni rozmiar to 0,001mm do 0,02 mm.
materiały używane na osnowę: Co, Ni, Fe, Cu i ich stopy, na
zbrojenie: WC, TiC, TaC, NbC, VC, SiC, BN, diament. Zbrojenie modyfikuje
właściwości kompozytu przez sumowanie swoich właściwości z
właściwościami osnowy. O właściwościach kompozytu będą
decydowały właściwości składników i ich objętość względna, i w
efekcie mikrostruktura materiału. Spiekane kompozyty z osnową
metaliczną zbrojone małymi cząstkami znajdują zastosowanie jako
tworzywa narzędziowe, a z dużą objętością względem osnowy jako
tworzywa konstrukcyjne.
9. Węgliki spiekane (s. 144-149)
A. Węgliki spiekane.
Ze względu na budowę zalicza się je do spiekanych kompozytów z
osnową metaliczną zbrojonych cząstkami. Stanowią spieki twardych
węglików metali wysokotopliwych: WC, TiC, TaC, NbC, VC oraz
metalicznej osnowy. Duża twardość wymienionych węglików 1900-2500HV
decyduje o dużej odporności na zużycie cierne węglików spiekanych.
Jednak wysoka kruchość nie pozwala na zastosowanie ich jako
materiałów narażonych na dynamiczne oddziaływanie obciążeń
zewnętrznych. Grupy węglików spiekanych: * WC-Co – narzędzia do
skrawania żeliwa i materiałów niemetalicznych, skał, narzędzia do
obróbki plastycznej; * WC-TiC-Co – narzędzia do skrawania stali.
Proces technologiczny węglików spiekanych: - wytworzenie proszków
węglików metali wysokotopliwych WC, TiC, TaC w wyniku nawęglania
tlenków metali; - wytworzenie mieszaniny proszków przez długotrwałe
mieszanie w młynach kulowych; - formowanie mieszaniny proszków
węglików metali i kobaltu w kształtki lub płyty; - spiekanie w
atmosferze redukującej wodoru, gazu ziemnego lub próżni w
temp.800-1000’C; - wyjęcie kształtek; * ostrzenie kształtek przez
szlifowanie karborundem, węglikiem boru lub diamentem; - spiekanie
końcowe w atmosferze redukującej w temp.1400-1600’C; - ponowne
ostrzenie kształtek przez szlifowanie karborundem jeżeli zachodzi taka
konieczność. Inne metody formowania: * prasowanie izostatyczne na
zimno lub gorąco; * prasowanie matrycowe na gorąco; * wyciskanie i
spiekanie.
Struktura węglików spiekanych: - pierwotny węglik wolframu WC o
średnicy ziarna 0,001-0,002mm, - pierwotny węglik wolframu WC o
średnicy ziarna 0,004-0,006mm, który uległ rekrystalizacji podczas
spiekania; - roztwór stały wolframu, kantalu, węgla w kobalcie;.
Węgliki spiekane znajdują zastosowanie jako materiały na narzędzia
do skrawania stopów żelaza, stopów nieżelaznych, materiałów
niemetalicznych oraz narzędzi do obróbki plastycznej. Gatunki o
wysokiej zawartości kobaltu coraz częściej są wykorzystywane jako
materiały konstrukcyjne elementów maszyn od których jest wymagana
duża odporność na ścieranie, szczególnie w podwyższonych
temperaturach, np. elementy łożysk ślizgowych i tocznych.
10. Węglikostale (s. 156-158)
B. Węglikostale.
Należą do grupy spiekanych kompozytów z osnową metaliczną zbrojnych
cząstkami o właściwościach pośrednich między stalami
narzędziowymi a węglikami spiekanymi. Mają 10-20-krotnie większą
odporność na zużycie niż stal szybkotnąca. Osnowa w węglikostalach
odpowiada składem chemicznym stali konstrukcyjnej do ulepszania
cieplnego, stali austenitycznej odpornej na korozję. Fazę węglikową
stanowią węgliki tytanu TiC. Węglikostale charakteryzują się
znacznie większą ciągliwością niż węgliki spiekane, a
jednocześnie dużą odpornością na zużycie cierne. Mogą być
wytwarzane metodą: * prasowania i spiekania mieszaniny proszków
węglika i stali; * nasycania roztopioną stalą spieczonego wstępnie
porowatego szkieletu z węglika. Węglikostale Ferro-Titanit
charakteryzują się: - możliwością obróbki mechanicznej gdy ich
osnowa znajduje się w stanie zmiękczonym, - umocnieniem osnowy w
wyniku przemiany martenzytycznej, - dużą odpornością na zużycie
cierne i korozję; - możliwością wielokrotnej regeneracji metodą
obróbki cieplnej i skrawania.
11. Spieki na styki elektryczne, metaliczno-diamentowe, cierne (s.
158-164)
C. Spieki metali na styki elektryczne.
Materiały na styki elektryczne charakteryzują się dobrą
przewodnością elektryczną i cieplną, odpornością na utlenianie,
zgrzewanie, korozję. Metodą metalurgii proszków można wytwarzać
styki elektryczne o składzie chemicznym i właściwościach
nieosiągalnych innymi metodami. Wykonuje się je w formie nakładek
spajanych z rdzeniem. Można wyróżnić: - styki o strukturze
pseudostopów, - styki ślizgowe, - styki wolframowe nieiskrzące. styki
o strukturze pseudostopów wykonuje się następującymi metodami: -
prasowanie mieszaniny proszków, spiekanie w temperaturze niższej niż
temperatura topnienia najniżej topliwego składnika; - zalanie ciekła
miedzią luźno zasypanego do formy proszku; - prasowanie na gorąco
mieszaniny proszków. Spiekane styki metalowo-węglowe wytwarza się
metodą prasowania i spiekania albo prasowania na gorąco.
D. Spieki metaliczno-diamentowe.
Stanowią grupę spiekanych tworzyw narzędziowych przeznaczonych na
elementy narzędzi tnących, wiertniczych i szlifierskich. Mają dużą
twardość, odporność na zużycie, w miarę dobrą ciągliwość. Są
używane do obróbki materiałów twardych i trudnoobrabialnych. Są
stosowane jako nakładki albo segmenty narzędzi do obróbki końcowej
innych cermetali, w tym węglików spiekanych. Osnową spieków
metaliczno-diamentowych w zależności od wymagań dotyczących
twardości, odporności na zużycie ścierne są: stopy miedzi, żelaza,
w tym stale nierdzewne, stopy metali o wysokiej temperaturze topnienia i
cermetale WC-Co, WC-Ni i WC-TiC-Co. Są wytwarzane metodą: - prasowania
i spiekania mieszaniny proszku osnowy metalicznej i diamentu; -
nasycania porowatych spieków metaliczno-diamentowych metalem osnowy; -
prasowania na gorąco mieszaniny proszku osnowy metalicznej i diamentu.
E. Spiekane materiały cierne.
Są kompozytami ceramiczno-metalicznymi przeznaczonymi na wykładziny
sprzęgieł i hamulców w układach silnie obciążonych i narażonych
na oddziaływanie wysokiej temperatury, przekraczającej 600’C. W tych
warunkach są jedynymi materiałami spełniającymi wymagania dobrej
wytrzymałości mechanicznej, odporności na działanie wysokiej temp.,
stabilności procesu tarcia. Spieki cierne wykonuje się w postaci
segmentów lub nakładek zgrzewanych, spiekanych lub nalutowanych na
podkładki. W skład spiekanych materiałów ciernych wchodzą: Cu, Sn,
Pb, Fe, grafit, SiO2. Spiekane materiały cierne produkowane jako
płytki o twardości 20-60HB stosowane są jako nakładki w sprzęgłach
i hamulcach, pracujących w oleju lub na sucho, w pojazdach lub
maszynach o bardzo wysokiej sprawności.
