ГОУ ВПО

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ханты-Мансийского  автономного округа - Югры»

 

             

 
 

Контрольная работа

По  предмету: Технологические дисциплины

Тема: «Порошковые металлические материалы»

 
 

Выполнил: студент 1 курса,гр.93-06

Факультета  Педагогического образования

Фамилия:  Махмудова

Имя:  Гульнара

Отчество: Гусейн кызы

 

Проверил: Доцент, К.П.Н

Фамилия: Насырова

Имя: Эльмира 

Отчество: Фанилевна

 
 

 

 
 
 

                                                 Сургут 2011

                                Содержание

 

                                                          Введение

 
 

      Порошковая  металлургия занимается изготовлением  металлических порошков и разнообразных изделий из них. Характерной особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода материалов является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуются (формуются) в изделия заданных размеров и подвергаются термической обработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления основного компонента шихты /1/.

      Порошковая  технология – это широкая область  получения дисперсных тел, применяемых в разнообразных отраслях производства – порошковой металлургии, керамической промышленности, получении пищевых и лекарственных продуктов, удобрений, топлива, строительных материалов и др. /2/. Вследствие некоторого внешнего сходства технологии порошковой металлургии с технологией керамического производства, изделия, изготавливаемые методами порошковой металлургии, широко известны также под названием металлокерамических.

      Основными элементами технологии порошковой металлургии  являются следующие:

• получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или сплавы, соединения металлов с неметаллами и различные другие химические соединения;
• прессование из подготовленной шихты изделий необходимой формы в специальных пресс-формах, т.е. формование будущего изделия;
• термическая обработка или спекание спрессованных изделий, придающее им окончательные физико-механические и другие
• специальные свойства.

      В производственной или исследовательской  практике иногда встречаются отклонения от этих типичных элементов технологии, например совмещение операций прессования и спекания, пропитка пористого брикета расплавленными металлами, дополнительная механическая и другая обработка спеченных изделий и пр. Однако основной принцип технологии – применение исходной порошковой шихты и спекание ниже температуры плавления основного элемента, образующего спрессованное тело – остается неизменным /1/.

      Метод порошковой металлургии обладает рядом  преимуществ:

• возможность изготовления материалов, содержащих наряду с металлическими составляющими и неметаллические, а также материалов и изделий, состоящих из двух (биметаллы) или нескольких слоев различных металлов;
• возможность получения пористых материалов с контролируемой пористостью, чего нельзя достигнуть плавлением и литьем.

      Наряду  с преимуществами порошковой металлургии следует отметить и недостатки, затрудняющие и ограничивающие широкое ее распространение. К основным недостаткам следует отнести высокую стоимость порошков металлов и отсутствие освоенных методов получения порошков сплавов – сталей, бронз, латуней и пр. Изделия, получаемые из металлических порошков, вследствие пористости обладают повышенной склонностью к окислению, причем окисление может происходить не только с поверхности, но и по всей толщине изделия. Металлокерамические изделия обладают также сравнительно низкими пластическими свойствами (ударная вязкость, удлинение) /3/.

 

1 Методы изготовления  порошковых материалов

 

      Порошковый  материал – совокупность частиц металла, сплава или металлоподобного соединения с размерами до 1 мм, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой /4/.

      Все сыпучие тела состоят из частиц и  межчастичных (внешних) пор. Частицы  порошков, в свою очередь, могут подразделяться на более мелкие структурные элементы. Металлические частицы практически всегда содержат примеси, распределенные как по поверхности, так и в виде внутренних включений, и часто имеют внутричастичные поры.

      Частицы могут иметь самую разнообразную  форму. Можно подразделить различные структуры на три основные группы:

• волокнистые или игольчатые частицы, длина которых значительно превышает их размер по другим измерениям;
• плоские частицы (пластинки, листочки, таблицы), длина и ширина которых во много раз больше толщины;
• равноосные частицы с примерно одинаковыми размерами по всем измерениям.

      Частицы отделены одна от другой порами (межчастичными) и контактными промежутками. Поры в непрессованных порошках занимают обычно 70-85% всего объема. Кроме пор межчастичных, порошки могут иметь и внутричастичные поры. Размер межчастичных пор увеличивается с повышением размера частиц и уменьшением плотности их укладки.

      Вследствие  значительного размера удельной поверхности количество поверхностных  примесей на единицу массы (главным  образом окислов) у порошков, особенно тонких, значительно больше, чем у компактных тел. В порошках также имеются и внутричастичные примеси – включения загрязнений, окислов и т.п. Возможно также механическое загрязнение порошков отдельными частицами примесей /5/.

      Производство  порошка – первая технологическая  операция метода порошковой металлургии. Существующие способы получения порошков весьма разнообразны – это делает возможным придания изделиям из порошка требуемых физических, механических и других свойств. Также метод изготовления порошка определяет его качество и себестоимость. Выделяют два способа получения порошков: физико-химические и механические.

      К физико-химическим методам относят  технологические процессы производства порошков, связанные с глубокими  физико-химическими превращениями  исходного сырья. В результате полученный порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала. К физико-химическим методам относятся: электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений, восстановление оксидов твердыми восстановителями и газами, метод испарения и конденсации и др.

      Под механическими методами получения  порошков понимают технологические процессы, при которых в результате действия внешних механических сил исходный металл измельчается в порошок без изменения его химического состава. Чаще всего используется измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций. К механическим методам относят: измельчение металла резанием, размол в шаровых мельницах, измельчение в вихревых мельницах, дробление в инерционных дробилках, распыление струи жидкого металла паром, водой, сжатым газом.

      Более универсальными являются физико-химические методы, но в практике порошковой металлургии  четкой границы между двумя методами получения порошка нет. Чаще всего  в технологическую схему производства порошка включаются отдельные операции как механических, так и физико-химических методов получения порошка.

      Получение металлических порошков путем восстановления из оксидов является наиболее распространенным, высокопроизводительным и экономичным методом /6/.

      Восстановление – процесс получения металла, материала, вещества или их соединений путем отнятия неметаллической составляющей (кислорода или солевого остатка) из исходного химического соединения /4/.

      Порошки, получаемые восстановлением, имеют  низкую стоимость, а в качестве исходных материалов при их получении используются рудные концентраты, оксиды, отходы металлургического производства. Эта особенность метода восстановления обусловила его широкое практическое применение. В настоящее время этим методом получают порошки многих металлов /6/.

      В общем случае химическую реакцию  восстановления можно представить:

      MeX + B ↔ Me + BnXm ± Q,

      где Х – неметаллическая составляющая,

      В – восстановитель (углерод в виде кокса, сажи, древесного угля, природных газов; Н2; СО; СО2; активные металлы) /4/.

      Восстановление  металлов из оксидов может производиться  твердыми или газообразными восстановителями. К числу активных газообразных восстановителей относятся водород, окись углерода и различные газы, содержащие СО и Н2. В качестве твердого восстановителя используют углерод и металлы, имеющие большее химическое сродство к кислороду: натрий, кальций и магний. Восстановление одних металлов при помощи других, имеющих большее сродство к кислороду, называется металлотермией.

      Среди восстановителей углерод (благодаря низкой стоимости и простоте процесса восстановления) находит широкое применение. Недостатком процесса является возможность науглероживания восстанавливаемых металлов, что ограничивает этот процесс. Восстановление углеродом наибольшее распространение имеет при получении порошков железа, хрома, вольфрама и некоторых других металлов, а также при непосредственном получении порошков из оксидов карбидов.

      В связи с тем, что металлы по восстановимости оксидов разделяются на легко восстановимые (медь, никель, кобальт, железо, вольфрам и молибден) и трудно восстановимые (хром, марганец, ванадий, алюминий, магний), для восстановления многих оксидов требуются более сильные по сравнению с углеродом восстановители. Нередко для получения порошков, не загрязненных углеродом, например, порошков кобальта, вольфрама, молибдена, в качестве восстановителя применяется водород.

      Независимо  от восстановителя метод получения  порошков восстановлением является гибким процессом. Частицы порошков получаются губчатыми в виде многогранников с сильно развитой поверхностью, которые благодаря большой пористости хорошо прессуются. Размеры частиц определяются температурой восстановления: чем ниже температура, тем мельче получаются частицы порошков.

      Восстановление металлических оксидов металлами применяется только в том случае, когда восстановление углеродом или газом является невозможным или непрактичным  /6/.

 

2 Методы контроля  свойств порошков

 

      2.1 Химические свойства

 

      Химические  свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания примесей, различных механических загрязнений и газов. Также важными химическими особенностями порошков являются их воспламеняемость, взрываемость и тоскичность.

      Содержание  основного металла в порошке  или сумма основных компонентов сплава составляет обычно более 98-99%, что для последующего изготовления большинства порошковых материалов достаточно. В некоторых случаях при производстве изделий с особыми свойствами (например, магнитными) применяют более чистые металлические порошки.

      Предельное  количество примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции. В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислорода, водорода, азота и др.) как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления или при последующей обработке.