Prášková metalurgie

Výrobní operace v práškové metalurgii

Prášková metalurgie - úvod

    Prášková metalurgie je obor zabývající se výrobou práškových materiálů a jejich dalším
zpracováním (tj. lisování, slinování, dokončovací operace).

    Výhodou práškové metalurgie je získání výrobků se speciálními vlastnostmi (žárupevnost,
otěruvzdornost apod.) nebo výrobků s vysokou porezitou.

Využití práškové metalurgie ve specifických případech:

¨  kovy s vysokou teplotou tavení Mo, W, Ta, Nb.

¨  velmi rozdílné teploty tavení, žádná nebo malá rozpustnost komponent v tekutém stavu.

¨  velké rozdíly v měrné hmotnosti – ložiska z kovu a grafitu, disperzní slitiny.









Prášková metalurgie - úvod



¨  materiály se špatnou slévatelností nebo obrobitelností.

¨  pro technologie s velkou hospodárností (min. odpady) – malé součástky ve velkých sériích.





Počátky sériové výroby s využitím PM:

¨  1930 výroba ložiskových pouzder (využití pórovitosti), samomazná ložiska (prášky z bronzu
+grafitový prášek nebo vtlačování oleje do pórů)

¨  II. světová válka – v Německu se z práškového železa vyráběly těsnící a vodící kroužky dělových
střel.







Základní výrobní pochody

Základní výrobní pochody v PM tvoří:

•                     Výroba a úprava prášku

•                     Lisování (tvarování) prášku do tvaru výrobku

•                     Slinování (spékání) výlisků

•                     Konečná úprava (kalibrování, kování, pájení)



    Na vlastnosti prášku má vliv tvar, velikost, stav povrchu, chemická čistota => výsledná cena.

    Výchozí surovinou jsou prášky čistých kovů nebo jejich sloučenin (oxidy, karbidy, nitridy, ..)
a nebo nekovové prášky (grafit).





Příprava prášků

Způsoby výroby kovových prášků:

I.   Mechanické a- drcení a mletí tuhého kovu (mlýny kulové, vířivé, vibrační ..), b – rozprašování
tekutého kovu).

a)                        b)









II.  Chemické a fyzikálně-chemické (chemická nebo elektrochemická redukce, kondenzace z plynné
fáze, ..) – vysoká čistota prášku.





Úprava prášků

Před dalším zpracováním je třeba prášky upravit !

¨  Třídění – dle velikosti zrna (přeséváním, vyplavováním, promýváním apod.).

¨  Magnetické čištění – z feromagnetických prášků dojde k odstranění nemagnetických příměsí.

¨  Tepelné zpracování – např. žíhání na měkko.

¨  Redukce – k odstranění povrchových

oxidických vrstev.

¨  Míchaní – pro výrobu směsi

z různých prášků o různém chem.

složení a různé velikosti částic,

přidávání příměsí a plastifikátorů.





Lisování prášků

    Požadovaného tvaru, rozměrů výrobků z prášků se dosáhne zhutňováním.

    Při vývoji nových technologií je snaha dosáhnout homogenity zhutnění v celém objemu, (tj.
minimální pórovitosti).

Metody zhutňování se dělí na dvě skupiny :

a) zhutňování s použitim tlaku – lisovani (a - jednostranné, b - dvoustranné, c - všestranné)





Lisování prášků

    Další metody s použitím tlaku - izostatické lisování, lisování explozí, válcování,
protlačování, kování).

    princip válcování -







b) zhutňování bez použiti tlaku - volné slinování prášku ve formě, vibrační tvarování, keramické
lití.

    Účelem lisování je dát kovovému prášku nebo směsi přibližný tvar výrobku a relativní hustotu.
Objem, který zaujímá sypné těleso, je vyplněný póry, kterých bývá více jak 50 % (často 70 až 85 %).
Při různé velikosti částic vyplní menší částice prostor mezi většími - sníží se pórovitost.





Stádia lisování prášků

    Stádia lisování prášků









I. Etapa (1 - zásyp, 2 - přemisťování částic)

    Při přemisťování částic se překonává odpor vzniklý třením částic o sebe.

II. Etapa (3 až 5 – zhutňování vlivem deformace částic)

Částice mění svůj tvar, vyčerpáním plasticity se částice rozrušují.





Slinování

    Pevnost práškových polotovarů vyrobených obvyklým způsobem tvarování za studena je nevyhovující
!

Optimálních vlastností lze dosáhnout slinováním (tj. tepelným

zpracováním při homologických teplotách 0,65 až 0,80 složky s nejvyšší teplotou tavení).







     Slinování je difúzní proces – T, čas.

    Výrobky, u kterých je přípustná porezita se slinují obvykle 1x.

    Při vyšších nárocích se provádí slinování vícekrát, nejčastěji 2x.



Dokončovací operace

    Kalibrování a případné opracování (vysoké rychlosti, minimální úběr materiálu) - např.
broušení.

U pórovitých součástí – zaplnění pórů

kovem, parafínem, olejem.

Pokovování ve vakuu.







Slinuté karbidy

    Velmi významné – slinuté karbidy:

Využití pro výrobu nástrojů pro obrábění

(břitové destičky nástrojů, pěchovací a lisovací nástroje), součásti vystavené otěru.

    Hlavní složku tvoří karbidy Ti, W, Ta + pojivo Co (při slinování v kapalné fázi vyplňuje póry).
Obrábění je problematické – využívá se broušení nebo elektroerozivních způsobů opracování. Konečná
úprava – povlakování CVD, PVD (TiN, ..)





Postup výroby slinutého karbidu



Další směry rozvoje

Rozvoj v oblastech:

¨  náhrada za plasty,

¨  výroba součástí na bázi hliníku,

¨  zvýšení pevnosti strojních součástí,

¨  dosažení zvýšené houževnatosti,

¨  kování součástí z práškových polotovarů,

¨  využití pro výrobu valivých ložisek a ozubených kol,

¨  výroba superslitin pro součásti motorů letadel.





Závěr

Literatura:

[1] Askeland, D.R. The Science and Engineering of Materials. Chapman & Hall, 1996.

[2] Ptáček a kol. Nauka o materiálu I a II. CERM, 2003, 520+396 s.

[3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s.

[4] Vondráček, F. Materiály a technologie I, SNTL 1985, 244 s.

[5] internet < http://ime.fme.vutbr.cz/studijni opory.html >