Основы металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технологические и эксплуатационные свойства металлов, железоуглеродистых сплавов, легированных сталей

Технологические свойства. Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической пробе, осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома. К основным технологическим свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства и др.

Обрабатываемость резанием - одно из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок, а также деталей сварных узлов и конструкций подвергается механической обработке. Одни металлы обрабатываются хорошо до получения чистой и гладкой поверхности, другие же, имеющие высокую твердость, плохо. Очень вязкие металлы с низкой твердостью также плохо обрабатываются: поверхность получается шероховатой, с задирами. Улучшить обрабатываемость, например, стали можно термической обработкой, понижая или повышая ее твердость.

Свариваемость - способность металлов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее определяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение.

Ковкость - способность металла обрабатываться давлением в холодном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации. Высота образца для

осадки равна обычно двум его диаметрам. Если на боковой поверхности образца трещина не образуется, то такой образец считается выдержавшим пробу, а испытуемый металл - пригодным для обработки давлением.

Литейные свойства металлов характеризуют способность их образовывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Основными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть - способность расплавленного металла хорошо заполнять полость литейной формы.

Усадка при кристаллизации - это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; является причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости в слитках и отливках.

Ликвация - неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину температурного интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод).

Эксплуатационные свойства. Эти свойства определяют в зависимости от условий работы детали специальными испытаниями. Одним, из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление износу, т.е. постепенному изменению размеров и формы тела вследствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытание металлов на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а деталей - в условиях реальной эксплуатации. При испытаниях образцов моделируются условия трения, близкие к реальным. Величину износа образцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием образцов и другими методами.

К эксплуатационным свойствам следует также отнести хладностойкость, жаропрочность, антифрикционность и др.

2. Опишите металлургические процессы плавки в индукционных тигельных печах. Сущность индукционного нагрева

металлургический плавка литье

Индукционная печь применяется в литейном производстве для открытой индукционной плавки чёрных и цветных металлов. Представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещённый в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Индукционный нагрев - нагрев тел в электромагнитном поле за счёт теплового действия вихревых электрических токов, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нём благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведённым током. Индуцированными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов.

металл металлургический плавка литье

3. Изобразите схематически принцип действия машин для литья под давлением. Охарактеризуйте преимущества и область применения этого вида литья

Поршневые машины с холодной горизонтальной камерой прессования (рис. 1, а) имеют пресс-форму, состоящую из 2 частей. Половина пресс-формы 1 крепится к подвижной плите машины, а половина 3 - к неподвижной 4. Стержни, образующие полости в отливках, чаще находятся в подвижной половине для удобства их извлечения из отливки. Подвижная полуформа 1 с большим усилием прижимается к неподвижной 3. Затем доза жидкого металла 5 заливается в камеру прессования 7 и впрессовывается плунжером 6 в рабочую полость пресс-формы 2. После кристаллизации сплава подвижная часть пресс-формы 1 отходит, и отливка выталкивателями 8, закреплёнными на плите, расположенной за подвижной полуформой, выталкивается на конвейер или в тару.

Общий вид машины для литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования приведен на рис 1, г. Неподвижная часть пресс формы крепится к плите 4, а подвижная - к плите 3, которая перемещается по направляющим штангам 2 гидроприводом с рычажным механизмом. Запрессовывание металла в литейную форму производится плунжером 5, который входит в камеру прессования, расположенную в плите 4. Плунжер 5 перемещается в осевом направлении гидроприводом 6. Гидросистема машины для плавности работы II поддержания постоянным высокого давления имеет ресивер 7. Все механизмы и агрегаты машины объединены жесткой станиной 8. На рис 1 показана отливка блока цилиндров, полученная на машине такого типа.

Поршневые машины с холодной вертикальной камерой прессования (рис. 1, б) имеют пресс форму, аналогичную по конструкции пресс форме предыдущей машины, состоящую из подвижной части 1 и неподвижной 3, но металл поступает в неё из вертикальной камеры 6. В камере прессования 6 перемещаются верхний плунжер 4 и нижняя пята 7. Верхний плунжер выходит за пределы камеры прессования, а в образовавшееся отверстие заливается доза металла 5 на поверхность пяты 7, которая перекрывает отверстие литниковой системы 8, соединяющее рабочую полость 2 пресс-формы с камерой прессования 6. Затем верхний плунжер 4 начинает сжимать металл, и под этим давлением пята 7 опускается и открывает отверстие литниковой системы 8. Металл под большим давлением и с большой скоростью впрыскивается в рабочую полость 2 пресс-формы.

Рис. 1. Схемы процессов и машина для литья под давлением: а - с горизонтальной холодной камерой прессования, б - с вертикальной холодной камерой прессования, в-с горячей камерой прессования; г - машина с горизонтальной холодной камерой

Для создания избыточного давления необходима доза металла, несколько большая, чем требуется для отливки, поэтому между верхним плунжером и пятой остается пресс остаток в виде цилиндра. При поднятии верхнего плунжера нижняя пята также начинает подниматься вверх, срезает пресс остаток и выводит его за пределы камеры прессования, а затем опускается в исходное положение. Подвижная часть пресс формы 1 отходит, и отливка извлекается при помощи выталкивателей 9. После извлечения отливки и закрытия пресс-формы цикл повторяется вновь.

Поршневые машины с горячей камерой прессования (рис. 1, в) оснащены тигельной печью 9, в которой в течение рабочей смены находится расплавленным металл 7. Сама камера прессования 8 помещена в тигле непосредственно в расплавленном металле. Когда прессующий плунжер 6 поднят, то расплавленный металл через отверстия в камере заполняет ее, а при движении плунжера 6 вниз перекрываются впускные отверстия и металл под давлением поступает в рабочую полость 2 пресс-формы, присоединенной к камере прессования через переходной мундштук 5. После кристаллизации сплава в полости 2 подвижная полуформа 1 отходит, толкатели 10 упираются в неподвижную плиту и отливка выталкивается. Затем подвижная полуформа 1 смыкается с неподвижной 3, закрепленной на плите 4, а плунжер 6 поднимается, камера 8 заполняется из тигеля металлом 7, и цикл повторяется. На таких машинах можно получать мелкие и сложные отливки из цинковых, оловянных и других легкоплавких сплавов.

К преимуществам литья металлов под давлением относятся высокая точность размеров, четкий рельефный контур отливки, высокая производительность. Литье металлов под давлением позволяет получить тонкие стенки отливок, какие другими методами отлить невозможно. Отливки, полученные литьём под давлением, отличаются чистотой поверхности и точностью, соответствующей 4 классу. Литьё под давлением экономически целесообразно для крупносерийного и массового производства точных отливок из легкоплавких сплавов. Трудоёмкость изготовления отливок литьём под давлением в литейных цехах снижается в 10-12 раз, трудоёмкость механической обработки снижается в 5-8 раз. Данный способ литья нашёл широкое применение в автомобильной, авиационной, электротехнической, приборостроительной, санитарно-технической отраслях промышленности.

4. Охарактеризуйте сущность упругой и пластической деформации металлов. Свойства деформированного металла

Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузки, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).

Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.

В результате пластического деформирования металл упрочняется и изменяются его физические свойства - электросопротивление, магнитные свойства, плотность.

При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость; _В; _Т; _УПР) и понижаются пластичность и вязкость (, , KCU). С увеличением степени деформации предел текучести растет быстрее предела прочности (временного сопротивления).

Рисунок 2. Зависимость механических свойств от степени деформации

С ростом степени деформации возрастает удельное электросопротивление, коэрцитивная сила, понижается магнитная проницаемость, остаточная индукция и плотность металла.

Упрочнение широко используют для повышения механических свойств деталей, изготовленных методами холодной обработки давлением. В частности повышает сопротивление усталости.

Эти способы позволяют значительно увеличить долговечность деталей, повысить прочность и твердость, уменьшить пластичность и вязкость.

Понижение пластичности при наклепе используют для улучшения обрабатываемости резанием вязких и пластичных материалов (сплавов алюминия, латуней и др.).

5. Опишите процессы сварки трением и холодной сварки давлением и укажите области применения. Начертите схему устройства и опишите процесс ультразвуковой сварки. Какие сварочные работы этим методом выполняются?

Сварка трением является одной из разновидностей сварки давлением. Сварное соединение образуется в твердой фазе, без расплавления металла свариваемых деталей; при сближении поверхностей подлежащих сварке деталей до очень малых расстояний между ними образуются металлические связи, по своей природе и по величине аналогичные силам взаимодействия между атомами в сплошном куске металла. Получение при этом прочного сварного соединения возможно при условии энергичного пластического деформирования тех объемов металла соединяемых деталей, которые расположены вблизи взаимодействующих поверхностей. Однако пластичность подавляющего большинства металлов и сплавов при комнатных температурах этому условию не отвечает. Для их сварки в твердой фазе требуется искусственное увеличение пластичности материала, например, с помощью нагрева соединяемых деталей до достаточно высоких температур.

От других видов сварки давлением сварка трением отличается способом нагрева деталей или способом введения тепла в свариваемые детали. В этом процессе необходимый для сварки нагрев деталей осуществляется путем непосредственного преобразования механической энергии в теплоту благодаря работе сил трения.

Две детали, подлежащие сварке, устанавливают соосно в зажимах машины; одна из них неподвижна, а другая приводится во вращение вокруг их общей оси. На сопряженных торцовых поверхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при относительном вращении свариваемых заготовок на преодоление этих сил трения, преобразуется в тепло, которое выделяется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования сварного соединения (при сварке, например, черных металлов температуры в стыке достигают 1000-1300° С). Таким образом, в стыке, т.е. именно там, где это требуется для целей сварки, действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающий быстрый локальный нагрев небольших объемов металла. В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиальных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных сил, возникающих в стыке при вращении одной детали относительно другой. Выдавленный металл - грат - имеет характерную для сварки трением форму сдвоенного правильного кольца, расположенного по обе стороны плоскости стыка. При выдавливании пластичного металла из стыка в радиальных направлениях хрупкие окисные пленки, покрывавшие торцовые поверхности соединяемых деталей до начала сварки, разрушаются, а их обломки, а также продукты сгорания адсорбированных жировых пленок и другие инородные включения вместе с металлом удаляются из стыка в грат. Нагрев прекращается путем быстрого (практически мгновенного) прекращения относительного вращения. При этом в контакт оказываются введенными очищенные торцовые поверхности соединяемых деталей, металл которых доведен до состояния повышенной пластичности. Для получения прочного соединения достаточно такой подготовленный к сварке металл подвергнуть сильному сжатию - проковать. Это достигается с помощью продолжающего еще некоторое время действовать осевого усилия.

Холодная сварка - сварка без нагрева, выполняется одним только приложением давления, создающего значительную пластическую деформацию в зоне соединения. Используется для сварки материалов, имеющих высокую пластичность. Существует также способ прессовой («холодной») сварки, при котором свариваемый металл не подвергается нагреву, а сварка происходит только в результате сжатия деталей механическим усилием. Сварка является одним из способов обработки материалов сосредоточенными потоками энергии. Для получения прочного соединения свариваемых частиц металла необходимо, чтобы их поверхности, соприкасающиеся друг с другом, были свободны от пленок окислов и других загрязнений. Применяемое при сварке давление, называемое осадочным давлением, способствует свариванию, так как вызывает пластическую деформацию (осадку) металла в месте соединения. При этом разрушается поверхностный слой металла, вследствие чего имевшиеся на нем окислы удаляются из зоны сварки; частицы чистого металла вступают в тесное соприкосновение друг с другом и свариваются. Величина осадочного давления зависит от вида металла и его температуры в месте сваривания. Для сваривания двух частиц металла в одно целое нужно сблизить их атомы настолько, чтобы между ними начали действовать силы взаимного притяжения. Это возможно при расстоянии между атомами около 4 ? 10^-8см. В металлах электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, слабо связаны с ядрами последних. При достаточном сближении свободные электроны образуют общее электронное облако, что обуславливает их прочную связь.

Для холодной сварки большое значение имеет состояние и строение поверхности, а также условия ее пластической деформации. Значение и необходимость пластической деформации в зоне контакта хорошо иллюстрируются опытом академика К.К. Хренова.

В прочную обойму (рис. 5) вкладывали два алюминиевых стержня с хорошо зачищенными поверхностями контакта и сжимали их стальными пуансонами под прессом с усилием Р. Признаков сварки не обнаруживалось даже при усилии в 10 раз большем, чем необходимо для холодной сварки алюминия, так как обойма препятствует деформации образцов в зоне контакта. Сварное соединение образуется только тогда, когда есть условия выноса (выдавливания) из зоны контакта части поверхностного металла вместе с окисной пленкой.

Было установлено также, что прочность соединения зависит от относительной пластической деформации металла и не зависит oт времени выдержки в сжатом состоянии.

Ультразвуковая сварка - изобретение, появление и первоначальное развитие которого относится к 30-40-м годам прошлого столетия. Открытие этого процесса связано с исследованием применения ультразвуковых колебаний для очистки поверхностей, соединяемых с помощью контактной сварки. Было обнаружено, что при одновременном воздействии на зону сварки определенного усилия сжатия и ультразвуковых колебаний соединение образцов осуществляется без пропускания через них сварочного тока.

Процесс образования соединения металлов с помощью ультразвуковых колебаний в общем случае можно разбить на три стадии:

а) получение первичных «мостиков схватывания»;

б) повышение температуры до (0,3 - 0,5) Т_ПЛ соединяемых металлов в зоне контакта, вызывающее повышение пластичности поверхностных слоев металла, испарение пленок жира и влаги, растрескивание оксидных пленок;

в) сближение соединяемых поверхностей на расстояния, достаточные для появления межатомных взаимодействий, обуславливающих образование монолитного соединения. Отдельные исследования указывают на то, что образование соединения сопровождается интенсивным протеканием в поверхностных слоях диффузии, релаксации и в ряде случаев - плавлением металла на глубину нескольких атомных слоев.

Практической реализацией ультразвуковой сварки пластмасс успешно занимались ряд фирм США, Англии, ФРГ и Японии. В СССР наиболее заметный вклад в этой области внесен учеными МГТУ им. Н.Э. Баумана, где выполнен цикл работ по соединению термопластов с термореактопластами и металлами. Следует отметить весьма перспективное направление использования ультразвуковой сварки в сочетании с контактной. В этом случае появляется возможность существенно снизить мощность сварочных машин, особенно при сварке металлов, имеющих небольшое электрическое сопротивление (медь, серебро, никель).

Для осуществления данного вида сварки было разработано специализированное оборудование, состоящее из источника генерации высокочастотных (ультразвуковых) электромагнитных колебаний, механической колебательной системы, аппаратуры управления сварочным циклом и привода сварочного усилия. Преобразование электромагнитных колебаний в механические и введение последних в зону сварки обеспечивается механической колебательной системой.

Основным звеном колебательных систем является преобразователь 1, который изготавливают из магнито-стрикционных или электрострикционных материалов (никель, пермендюр, титанат бария, ниобат свинца и др.). Преобразователь является источником механических колебаний. Волноводное звено 2 осуществляет передачу энергии к сварочному наконечнику и обеспечивает увеличение амплитуды колебаний по сравнению с амплитудой исходных волн преобразователя, а также трансформирует сопротивление нагрузки и концентрирует энергию в заданном участке свариваемых деталей 5. Акустическая развязка 3 от корпуса машины позволяет практически всю энергию механических колебаний трансформировать и концентрировать в зоне контакта. Сварочный наконечник 4 является согласующим волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой. Он определяет площадь и объем непосредственного источника ультразвуковых механических колебаний в зоне сварки. В зависимости от формы сварочного наконечника колебательной системы ультразвуковая сварка может быть точечной, шовной или кольцевой. С помощью ультразвука можно сваривать металлы и сплавы как между собой, так и с некоторыми неметаллическими материалами.

Ультразвуковая сварка позволяет соединять разные элементы изделий толщиной 0,005 - 3,0 мм или диаметром 0,01 - 0,5 мм. При приварке тонких листов и фольг к деталям толщина последних практически не ограничивается. Особые преимущества этот процесс имеет при соединении разнородных и термочувствительных элементов.

Областями использования ультразвуковой сварки являются: производство полупроводников, микроприборов и микроэлементов для электроники, конденсаторов, предохранителей, реле, трансформаторов, нагревателей бытовых холодильников, приборов точной механики и оптики, реакторов, сращивание концов рулонов различных тонколистовых материалов (медь, алюминий, никель и их сплавы) в линиях их обработки, а также автомобильная промышленность.

6. Физическая сущность процесса резания

Физическая сущность обработки металлов резанием заключается в удалении с заготовки поверхностного слоя металла в виде стружки, для того чтобы получить из заготовки деталь нужной формы, заданных размеров и обеспечить требуемое качество поверхности.

Для осуществления процесса резания необходимы два движения - главное и вспомогательное, совершаемые инструментом и заготовкой (или одним из них) относительно друг друга. В различных видах обработки резанием эти движения выражаются по-разному. Например, в токарной обработке главным движением (движением резания) является вращение заготовки, а вспомогательным (движением подачи) - поступательное движение резца; при фрезеровании движение резания - это вращение фрезы, а подача осуществляется поступательным движением заготовки.

Процесс резания - это скалывание частичек металла (элементов стружки) под действием силы, с которой режущая кромка резца вдавливается в срезаемый слой. Скалывание происходит в плоскости т. - т. Угол между этой плоскостью и поверхностью резания называется углом сдвига: р1=30-40°. Внутри каждого элемента происходят межкристаллические сдвиги под углом 2=60 - 65°.

Отделяемая стружка под действием давления резца деформируется: она укорачивается по длине и увеличивается по толщине. Это явление называется усадкой стружки. Внешний вид стружки зависит от механических свойств металла и условий резания. Если обрабатываются вязкие металлы (олово, медь, мягкая сталь), то стружка представляет собой непрерывную ленту. Такая стружка называется сливной. При обработке менее вязких металлов, например твердой стали, стружка образуется из отдельных элементов, слабо связанных между собой. Она называется стружкой скалывания. Если обрабатывается хрупкий металл, например бронза, то отдельные элементы стружки надламываются и отделяются от заготовки и друг от друга. Эта стружка называется стружкой надлома. При обработке одного и того же материала тип стружки может изменяться в зависимости от скорости резания и других факторов.

Совсем незначительная часть теплоты уходит в окружающую атмосферу. Хотя резец по сравнению со стружкой нагревается меньше, но сходящая по нему горячая стружка дополнительно нагревает его. Под влиянием температуры нагрева твердость режущего инструмента уменьшается, износ увеличивается. Это вызывает необходимость менять режущий инструмент или затачивать его и вновь устанавливать.

Время непрерывной работы режущего инструмента до затупления называется стойкостью инструмента и измеряется в минутах.

Стойкость режущих инструментов зависит от многих факторов и в первую очередь от материала, из которого изготовлен инструмент. Наиболее стойким будет инструмент, материал которого допускает высокую температуру нагрева без значительной потери твердости (пластинки твердого сплава, минералокерамические пластины, быстрорежущая сталь и др.).

7. Способы получения порошков. Какую роль производство порошков играет в развитии порошковой металлургии

Важную роль в развитии технологии создания материалов с заданными свойствами играет порошковая металлургия - метод, при помощи которого в настоящее время изготовляют широкий ассортимент порошковых и композиционных материалов. Сущность порошковой технологии состоит в применении исходного сырья в виде порошков металлов и неметаллов, которые формуются в изделия заданных размеров и подвергаются термической обработке при температуре ниже точки плавления основного компонента. В условиях массового производства этот метод отличается:
высокой производительностью, экономичностью, безотходностью (сокращает потери материала до 5%), позволяет получать изделия высокой размерной точности, дает возможность создавать новые материалы с широким диапазоном свойств, в некоторых случаях уникальных, не достижимых другими методами.

Существует несколько способов получения металлических порошков. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

1. Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.

2. Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Достоинства этого метода - возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.

3. Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.

4. Электролитический метод.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Способы получения порошков делятся на механические и физико-химические.

Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава. Чаще всего используют измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала.

К основным механическим методам получения порошков относятся:

1. Дробление и размол твердых материалов.

Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, к.п.д. которых сравнительно невелик. Получают порошки Fe, Cu, Mn, латуни, бронзы, хрома, алюминия, сталей.

2. Диспергирование расплава.

Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, чугуна, стали.

3. Грануляция расплава.

Порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные порошки железа, меди, свинца, олова, цинка.

4. Обработка твердых (компактных) металлов резанием.

При станочной обработке литых металлов или сплавов подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Получают порошки стали, латуни, бронзы, магния.

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Измельчение может быть дроблением, размолом, истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как Si, Be, Cr, Mn, сплавы Al с Mg и др. Размол вязких пластичных металлов (Zn, Al, Cu) затруднен, так как они в основном расплющиваются, а не разрушаются.

Дадим краткую характеристику некоторым физико-химическим методам получения порошков.

1. Химическое восстановление:

А) восстановление происходит из оксидов и других твердых соединений металлов.

Этот способ является одним из наиболее распространенных и экономичных способов. В общем случае простейшую реакцию восстановления можно представить как:

МеА + Х + Ме + ХА ± Q

где Ме - любой металл, порошок которого хотят получать; А - неметаллическая составляющая восстанавливаемого соединения МеА (кислород, хлор, фтор, солевой остаток и др.); Х - восстановитель; Q - тепловой эффект реакции.

Восстановителями служат газы (водород, конвертированный природный газ и др.), твердый углерод (кокс, сажа и др.) и металлы (натрий, кальций и др.). Исходным сырьем являются окисленные руды, рудные концентраты, отходы и побочные продукты металлургического производства (например, прокатная окалина), а также различные химические соединения металлов.

Таким путем получают порошки Fe, Cu, Ni, Co, W, Mo, Ti, Ta, Zr, U и других металлов и их сплавов, а также соединений с неметаллами (карбиды, бориды и др.)

Б) Химическое восстановление различных соединений металлов из водных растворов.

Этот способ также является одним из самых экономичных способов, позволяющий получать высококачественные металлические порошки. Восстановитель - водород или оксид углерода. Исходное сырье - сернокислые или аммиачные растворы солей соответствующих металлов.

Химическая чистота порошков, полученных таким способом, высокая (99,7-99,9% Cu, <0,1% O₂, <0,01% Fe), а себестоимость меньше себестоимости электролитических порошков меди. Форма частиц может быть самой разнообразной: дендритной, округлой и др. Таким путем получают порошки Cu, Ni, Co, Ag, Au.

В) Химическое восстановление газообразных соединений металлов.

Порошки металлов высокой чистоты можно получить из низкокипящих хлоридов и фторидов вольфрама, молибдена, рения, ниобия или тантала по реакции:

МеГ_х+ 0,5хН₂ = Ме + хНГ

где Г - хлор или фтор.

Для получения высокодисперсных порошков металлов или их соединений (карбидов, нитридов и др.) перспективны плазмохимические методы. Восстановителем служит водород или углеводороды и конвертированный природный газ. Низкотемпературную (4000-10000 °С) плазму создают в плазмотроне электрической дугой высокой интенсивности, через которую пропускают какой-либо газ или смесь газов. В плазменной восстановительной струе происходит превращение исходных материалов в конденсированную дисперсную фазу. Метод используется для получения порошков тугоплавких металлов W, Mo, Ni.

2. Электролиз водных растворов или расплавленных солей различных металлов.

На катоде под действием электрического тока осаждают из водных растворов или расплавов солей чистые порошки практически любых металлов. Стоимость порошков высока из-за больших затрат электроэнергии и сравнительно низкой производительности электролизеров. Таким путем получают из водных растворов - порошки Cu, Ni, Fe, Ag, а из расплавленных сред - порошки Ta, Ti, Zr, Fe.

Список литературы

1. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. М., 1987

2. Жуковец И.И. Механические испытания металлов. М., 1986

3. Ильященко Д.П. Свойства и строение металлов, и сплавов, применяемых и машиностроении: Учебное пособие. - Юрга: Изд-во ЮТИ ТПУ, 2006. 48 с.

4. Павлов П.А. Механические состояния и прочность материалов. Л., 1980

5. Рыбаков В.М. Сварка и резка металлов, 1979: М. Высш. шк.

6. Стригин И.А. и др. «Основы металлургии», т. 1. Общие вопросы металлургии. - М., Металлургия, 1975.

7. Стригин И.А. и др. «Основы металлургии», т. 2 Тяжелые металлы. - М., Металлургия, 1975.

8. Соболев Н.Д., Богданович К.П. Механические свойства материалов и основы физики прочности. М., 1985

Размещено на Allbest.ru