Где используется и где применяется порошковые материалы в металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Где используется и где применяется порошковые материалы в металлургии

Области применения порошковых материалов

Порошковые материалы по назначению можно условно разделить на антифрикционные, фрикционные, электротехнические, конструкционные, инструментальные. В некоторых случаях принадлежности порошковых материалов к той или другой группе условны, так как материал по определенным признакам может одновременно принадлежать к нескольким названным выше группам.

Порошковые антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы -- материалы, используемые в несущих или направляющих узлах, и обладающие повышенной износостойкостью и низким коэффициентом трения.

Антифрикционные порошковые материалы широко используются в машиностроении (в том числе в сельскохозяйственном машиностроении), приборостроении, промышленности (пищевой, фармацевтической и других её отраслях) в узлах, работающих в самых разных условиях эксплуатации.

Антифрикционные материалы в зависимости от условий работы должны обладать следующими свойствами:

1. хорошей начальной прирабатываемостью, т. е. время, необходимое для снижения коэффициента трения между подшипником и валом до заданной величины, должно быть минимальным;

2. высокими триботехническими свойствами (коэффициент трения должен быть ? 0,3 (в том числе при наличии смазки -- < 0,1), Pv (в зависимости от режима работы) -- от 20 до 40,0 МПа · м/с при скорости скольжения (v) от 2 до 200 м/с и нагрузках (Р) от 45 до 0,2 МПа);

3. способностью выдерживать нагрузку, скорость и температуру без разрушения и изменения формы и функциональных свойств;

4. способностью образовывать самосмазывающиеся или легко притирающиеся продукты истирания коллоидного характера (пленку), которые могут предохранить шейку вала от износа даже при затрудненной смазке;

5. меньшей твердостью, чем у шейки вала, причем твердость должна снижаться как можно меньше в процессе нагрева;

6. высокой теплопроводностью для хорошего отвода теплоты, получаемой при трении;

7. достаточной выносливостью или сопротивлением усталости;

8. достаточной вязкостью (в случае ударной нагрузки);

9. хорошими технологическими свойствами;

10. микропористостью или микрокапиллярностью, способствующей удержанию смазки на поверхности;

11. хорошими антикоррозионными свойствами.

Материалами, обладающими этими свойствами, долгое время являлись литые материалы на основе меди, главным образом, оловянистые бронзы. Однако они не всегда соответствуют эксплуатационным характеристикам современных машин и механизмов.

В настоящее время существует значительное количество порошковых антифрикционных материалов, которые используются в изделиях общего машиностроения, работающих в обычных условиях, и в изделиях специального назначения, эксплуатирующихся в сложных условиях.

Широкое распространение в производстве получили пористые подшипники скольжения на основе порошков железа и меди, изготавливаемые по традиционной для порошковой металлургии технологии.

Пористые антифрикционные материалы на основе железа являются самыми распространёнными. Они успешно конкурируют с литыми сплавами типа баббитов и бронз.

металлургия порошковый электротехнический инструментальный

Фрикционные материалы

В настоящее время большинство машин и механизмов оснащено фрикционными устройствами определенного назначения. Движение машины, ее остановка и маневрирование, изменение режима эксплуатации механизма и его управление невозможны без применения фрикционных тормозных либо передаточных устройств, работа которых во многом определяет технические характеристики машин и механизмов.

В связи с жесткими условиями работы тормозных устройств современных машин фрикционные материалы должны иметь:

1. высокую фрикционную теплостойкость, т. е. сохранение устойчивого значения коэффициента трения и незначительного износа в широком диапазоне температур;

2. достаточную стойкость к истиранию. Уровень требуемой износостойкости устанавливается в зависимости от условий эксплуатации и находится в пределах от 0,01…0,02 до 0,10…0,15 мкм за рабочий цикл;

3. достаточную коррозионную стойкость и способность не коррозировать с сопряженными деталями.

Кроме того, элементы фрикционной пары не должны схватываться (свариваться) как в процессе торможения, так и после него. Для таких материалов существенным является полное использование трущихся поверхностей, т. е. получение максимально возможной контактной поверхности. При этом видимая площадь трения должна составлять не менее 80 % номинальной, а поверхности трения должны быть гладкими (без задиров).

Особые требования предъявляются к фрикционным материалам и в отношении физико-механических свойств, т. е. фрикционные материалы должны обладать высокой механической прочностью при рабочих температурах. В процессе эксплуатации не должно происходить скалывания и расслоения, образования глубоких трещин и выкрашивания компонентов материала, которые могут нарушить нормальную работу узла.

В настоящее время наиболее полно всем этим требованиям отвечают порошковые фрикционные материалы, которые состоят из металлических и неметаллических компонентов. Металлические компоненты придают материалу прочность, неметаллические -- повышают коэффициент трения и уменьшают склонность к заеданию. Благодаря таким особенностям, эти материалы могут работать при высоких нагрузках и скоростях проскальзывания и характеризуются более высокой износостойкостью, чем другие фрикционные материалы.

Применение порошковых материалов во фрикционных узлах обеспечивает плавность их включения, стабильность коэффициента трения и повышенную долговечность.

Для работы в масле применяют разнообразные порошковые фрикционные материалы, в которых в качестве металлической связки используют медь, легированную, в основном, оловом или алюминием.

Для работы в тяжелых условиях эксплуатации (трение без смазки) применяют порошковые фрикционные материалы на основе железа. Эти материалы характеризуются более высокими фрикционными и механическими свойствами по сравнению с материалами на основе меди.

Основные области применения порошковых фрикционных изделий можно классифицировать следующим образом:

· а) передаточные устройства, работающие в сухую, - слабонагруженные (тракторы, станки и другие), средненагруженные (чеканочные и штамповочные прессы, промышленный транспорт, тормоза для работы без смазки), тяжелонагруженные (самолеты);

· б) сцепления, работающие со смазкой, - средненагруженные (автоматические трансмиссии, станки, управления тракторов) и тяжелонагруженные (силовые трансмиссии в тракторах).

Следует отметить, что в гидротрансмиссиях автомобилей БелАЗ применяют порошковые фрикционные диски с накладками из материала на основе меди. Максимальное давление в этих узлах достигает 10 МПа, а максимальная скорость - 60 м/с. В колесных тормозах автогрейдеров применение порошковых фрикционных дисков позволило увеличить срок службы тормозов в 10 раз.

Новые фрикционные материалы на основе порошковых материалов применяются в тормозах и предохранительных муфтах тракторов «Беларус». Срок службы узлов при этом увеличился до 8…10 тыс. часов.

Электротехнические материалы

Порошковые материалы применяются в электротехнике, электромашиностроении, автоматике и телемеханике, радиотехнике, радиоэлектронике и других отраслях промышленности. На основе порошковых материалов изготавливают различные детали со специальными свойствами.

В электротехнической промышленности широко применяют различные типы разрывных и скользящих контактов. Несмотря на имеющееся в настоящее время большое количество разработанных материалов для электрических контактов различного назначения, проблема создания высоконадежных электрических контактов полностью еще не решена. Требования, предъявляемые к материалу контактов, непрерывно возрастают и изменяются. Материалы должны быть стойкими (термически, химически и механически), иметь малое электрическое сопротивление (в том числе и контактное), обладать высокими теплопроводностью и эрозионной стойкостью при воздействии электрической дуги, сопротивляемостью свариваемости при замыкании и размыкании контактов.

Технологические приемы производства электрических контактов методом порошковой металлургии разнообразны и обеспечивают возможность получения изделий не только требуемого химического состава, но и заданной структуры, определяющей оптимальное сочетание их свойств.

Разрывные электрические контакты используют для замыкания электрических цепей в высоко- и низковольтных (в том числе и слаботочных) электрокоммутирующих аппаратах и приборах. Наиболее подходящими для применения в этих контактах являются следующие материалы: вольфрам, молибден, тантал и рений. Их свойства удовлетворяют многим требованиям, предъявляемым к контактным материалам: высокая температура плавления, повышенные прочностные характеристики, требуемые значения критических сил тока и напряжения, электроэрозионная стойкость, сопротивление свариваемости, а оксиды этих материалов летучи и электропроводны.

Однако данные металлы обладают малой электропроводностью и низкой теплопроводностью, а также высоким контактным сопротивлением. Этих недостатков лишены серебро, медь, золото, платина и другие металлы платиновой группы. Они имеют высокие электропроводность и теплопроводность, коррозионную стойкость, низкое контактное сопротивление. Эти металлы используют в промышленности как контактные материалы, хотя они и являются остродефицитными и дорогостоящими. Поэтому для изготовления разрывных контактов чаще всего применяют композиционные материалы.

По составу разрывные контакты делят на следующие:

1. металлические - одно- (Ag, W, Mo, Au, Pt и другие), двух- (Ag-Ni, Ag-Mo, Ag-W, Cu-W, Cu-Mo, Au-W, Au-Mo, Fe-Cu и другие), трех- и более компонентные (Ag-Ni-Cd; Ag-Ni-Cu; W-Cu-Ni; W-Ag-Ni; Fe-Cu-Bi; Ag-Pd-Au; Ag-Pd-Ni; Ag-Ni-Cd-Те);

2. металлографитовые (Ag-С; Сu-С);

3. металлооксидные (Ag-CdO; Ag-CuO; Ag-ZnO; Ag-ZrО₂; Ag-Ta₂О₅; Ag-HfО₂; Ag-Cr₂O₃; Ag-CdO-Al₂O₃; Ag-Ni-CdO; Ag-Cu-CdO и др.);

4. металлокарбидные, металлоборидные или металлонитридные (Ag- WC; W-WC; Cu-Ni-WC; Me-TiC; TiB₂; TiN или Me- ZrB₂, ZrN и др.).

Скользящие электрические контакты представляют собой пару трения, в которой, наряду с низким контактным сопротивлением, должен обеспечиваться и низкий коэффициент трения. При этом контактная пара не может состоять из однотипных материалов, так как в этом случае в условиях эксплуатации может происходить схватывание трущихся поверхностей. Твердость материалов, составляющих контактную пару, также должна быть различной. Желательно, чтобы материал токонесущего элемента был более твердым, чем материал подвижного контакта. Для улучшения антифрикционных свойств материала при сохранении его твердости и прочности в состав материала вводят твердые смазки (дисульфид молибдена, сульфид цинка, фтористый кальций, графит, селениды некоторых редких металлов и другие) или легкоплавкие металлы (например, галлий), которые становятся жидкими при работе контактной пары. Скользящие контакты применяют в виде пластин, стержней, цилиндров, проволочек и т. п. В качестве основы материала скользящего контакта чаще всего используют медь или серебро.

Наиболее распространенным методом получения таких материалов является прессование и спекание шихты из порошка меди с различными углеродосодержашими материалами. Многие металлографитовые щетки изготавливают из смесей порошков меди и природного графита. Большая часть щеток (кроме графита) содержит и другие углеродистые составляющие, которые вводят для повышения прочности, улучшения износостойкости и снижения контактного сопротивления. Такими добавками являются пек, сажа или коксовая мелочь, резина.

Магнитно-мягкие материалы широко применяют в электро- и радиотехнике, автоматике и телемеханике, радиоэлектронике, приборостроении. Изготовление магнитно-мягких изделий литьем трудоемко, а потери материала составляют до 60…80 %. При этом себестоимость магнитно-мягких спеченных деталей на 30…60 % ниже себестоимости тех же деталей, изготовленных из компактного материала путем обработки на металлорежущих станках.

В промышленности наиболее применяемыми магнитно-мягкими материалами являются чистое железо, сплавы железа с никелем (типа пермаллоя), с кремнием и алюминием (типа альсифера), с хромом или алюминием и др. Сплавы типа пермаллоя получают из механической смеси порошков, а также из порошков, полученных путем совместного осаждения карбонилов железа и никеля.

Для изготовления постоянных магнитов многих электро- и радиоприборов применяются так называемые магнитно-твердые сплавы, обладающие большими значениями коэрцитивной силы и сравнительно значительной остаточной магнитной индукцией.

Если сравнительно недавно порошковая металлургия была одним из методов получения магнитно-твердых материалов, обеспечивающим высокую технологичность, то в настоящее время возникли новые классы этих материалов, которые могут быть получены только из порошков. К таким материалам относятся магниты на основе сплавов кобальта с редкоземельными металлами, магниты на основе магнитно-твердых ферритов и на основе высокодисперсных порошков железа и его сплава с кобальтом, магниты на основе сплавов марганца с висмутом и алюминием. При этом широкое распространение получили сплавы на основе железа типа Fe-Ni-Al-Со с добавками различных элементов.

Порошковые конструкционные материалы

Наиболее распространёнными видами порошковых изделий являются конструкционные детали, применяемые в машинах, механизмах и приборах. В зависимости от условий работы порошковые конструкционные детали подразделяют на ненагруженные, мало-, средне- и сильнонагруженные. Типовыми деталями из порошковых конструкционных материалов являются шестерни, кулачки, звёздочки, зубчатые колеса, накладки, шайбы, колпачки, заглушки, храповики, накладные и специальные гайки, крышки, фланцы, седла и корпуса клапанов, статоры, диски и роторы насосов, муфты, кольца, ограничители, а также детали мерительных инструментов и другие детали сложной конфигурации, применяемые в приборостроении и различных отраслях машиностроения. Детали могут выпускаться в виде готовых изделий или заготовок, которые требуют незначительной механической обработки. Решение об изготовлении деталей машин и приборов методами порошковой металлургии принимается исходя, в основном, из экономических соображений (главную роль здесь играет стоимость пресс-форм). Экономически целесообразно изготавливать конструкционные детали методами порошковой металлургии лишь при их массовом производстве, т. е. при производстве около 50 тыс. штук на 1 прессформу.

Ненагруженные и малонагруженные конструкционные детали изготавливают из углеродистой стали. Их получают из смеси порошков железа и графита.

При изготовлении шестерён традиционными методами литья и механической обработки в стружку уходит до 60 % высококачественного металла. Метод порошковой металлургии позволяет, в основном, устранить этот недостаток и имеет даже некоторые дополнительные преимущества, заключающиеся в изготовлении шестерён с определённой пористостью (5…15 %) и пропитывании их маслом, которое образует с имеющимся в спечённой шестерне свободным графитом, коллоиднографитовую смазку, удерживаемую в порах силами поверхностного натяжения. Благодаря наличию пропитанных маслом пор, уменьшается износ и снижается шум при работе шестерён.

К высокотемпературным материалам относятся материалы из тугоплавких порошков или соединений и порошковые материалы на основе этих соединений и порошков.

Тугоплавкими принято считать металлы, температура плавления которых выше, чем у железа. В качестве высокотемпературных материалов применяют материалы из порошков вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, титана. Порошковый вольфрам, тантал, ниобий, молибден применяют в атомной энергетике, радиотехнике,

порошковый вольфрам и молибден -- в производстве нитей накаливания. Порошковый молибден используется для изготовления нагревательных элементов электрических печей. Порошковый титан и его сплавы, благодаря высокой удельной прочности и коррозионной стойкости, применяют при производстве деталей ракет, самолетов, для химического производства, а также в судостроении и медицине.

Порошковые инструментальные материалы

Инструментальные материалы -- материалы, предназначенные для изготовления инструментов или их рабочих частей. Необходимыми свойствами инструментальных материалов являются высокая износостойкость и твердость. При этом желательно, чтобы эти материалы обладали достаточной вязкостью, жаропрочностью, жаростойкостью, прочностью.

К традиционно используемым инструментальным материалам относятся инструментальные стали. При этом, в связи с ужесточением условий работы (особенно режущего инструмента) сам инструмент или его рабочие части (режущие кромки) изготавливают из сверхтвердых композиционных материалов на основе алмазов, керамик, твердых сплавов и др.. Из инструментальных материалов изготавливают режущий инструмент, инструмент для обработки давлением (пресс-формы, штампы и другие), некоторые измерительные инструменты (калибры, скобы и прочие) и др. Современные инструментальные материалы позволяют с высокой точностью обрабатывать детали и осуществлять их обработку при высоких скоростях резания, а изготовленный из этих материалов инструмент обладает высокой стойкостью при ее экстремальных режимах.

Твердые сплавы. Одним из важнейших и наиболее распространенных материалов, получаемых методом порошковой металлургии, является твердый сплав. Это -- гетерогенный керамико-металлический материал, характеризующийся соответствующим комплексом физикомеханических свойств (особенно износостойкостью и высокой упругостью материала) и нашедший широкое применение в промышленности в качестве режущего инструмента. При получении твердых сплавов реализуются такие преимущества порошковой металлургии, как возможность получать композиционные материалы из компонентов с различной температурой плавления, возможность достижения уникального комплекса физико-механических свойств материала, а также применение безотходной технологии производства и повышение коэффициента использования металла.

Твердые сплавы (ТС) -- это керамико-металлические материалы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов и пластичного связующего (металла или сплава) при содержании тугоплавкой фазы ? 50 % (объема). Современные ТС получают из высших карбидов тугоплавких металлов и металлов железной группы (железа, никеля, кобальта) спеканием в присутствии жидкой фазы.

Различают карбидовольфрамовые (WC-Со), титановольфрамовые (WC-TiC-Со), титанотанталовольфрамовые (WC-TiC-ТаС-Со) и безвольфрамовые твердые сплавы.

В стандартах вольфрамовые (вольфрамокобальтовые) сплавы обозначаются буквами «ВК» с прибавлением цифры, обозначающей содержание кобальта (например, ВК6). Титановольфрамовые твердые сплавы обозначаются буквами «ТК». Марки сплавов в пределах группы также характеризуют содержание компонентов. Так, марка Т15К6 обозначает титановольфрамовый сплав типа WC-TiC-Со, содержащий 15 % TiC и 6 % Со (остальное WC).

В обозначение титанотанталовольфрамовых сплавов входят буквы «ТТК», а остальное обозначение аналогично обозначению титановольфрамовых сплавов (например, ТТ17К12). Перечень всех марок, выпускающихся в настоящее время, приведен в ГОСТ 3882-74.

К материалам, используемым для обработки резанием, предъявляют высокие требования. Комплекс основных характеристик, изучаемых у материалов данного класса, можно разделить на следующие группы (по степени важности):

· а) I группа -- твердость, временное сопротивление при изгибе, теплостойкость;

· б) II группа -- модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения;

· в) III группа -- окалиностойкость (напаиваемость), температура схватывания со сталью, плотность, теплопроводность.

Следует отметить, что твердые сплавы теплостойки до температуры +800 °С.

Специальные марки твердых сплавов. В настоящее время разработаны новые твердые сплавы, которые применяют не только для обработки резанием, но и в качестве материалов, обладающих хорошей износостойкостью и высокой коррозионной стойкостью. Эти сплавы можно разделить на три группы: 1) коррозионностойкие твердые сплавы; 2) окалиностойкие твердые сплавы; 3) термически обрабатываемые твердые сплавы.

Основой коррозионно-стойких твердых сплавов является карбид хрома. Сплавы с никелевой связкой отличаются высокой износостойкостью наряду с очень хорошей химической устойчивостью и окалиностойкостью. Эти сплавы рекомендуется применять для изготовления деталей, которые одновременно с износом подвергаются действию коррозии. При этом необходимо учитывать, что твердые сплавы на основе карбида хрома являются относительно хрупкими при ударных нагрузках.

В качестве окалиностойких материалов используют твердые сплавы па основе карбида титана, который является единственным карбидом, имеющим в сочетании со связующим металлом (никель, кобальт, хром) высокую стойкость против окисления, жаропрочность и термостойкость.

К термически обрабатываемым твердым сплавам относится большая группа материалов, называемых карбидосталями, ферро-TiC и т. д., представляющих собой легированные спеченные стали с добавками сложных карбидов (преимущественно TiC).

Своеобразие таких твердых сплавов, содержащих 30…70 % (по массе) TiC, состоит в возможности применения всех видов термообработки, воздействующей на свойства стальных связок, что приводит к изменению физических и механических свойств сплава в целом.

Минералокерамические твердые сплавы. Высокая твердость и износостойкость керамических материалов на основе окиси алюминия позволяет использовать Аl₂O₃ в сочетании с некоторыми другими оксидами, а также карбидами переходных металлов IV…VI групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева для изготовления режущих керамических материалов.

Минералокерамику применяют для получистовой и чистовой непрерывной обточки и расточки деталей из серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, закаленных и улучшенных сталей, цветных металлов и сплавов некоторых марок, а также неметаллических материалов (графит и другие) при высоких скоростях резания (до 600…800 м/мин) без применения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), для волочения при производстве проволоки цветных металлов и для изготовления износостойких деталей машин, подвергающихся интенсивному безударному абразивному износу (сопла, насадки). Обеспечивая высокую производительность при обработке различных материалов резанием, минералокерамика (в силу специфичности ее свойств) не может исключить необходимость применения твердых спеченных сплавов. Минералокерамика лишь расширяет диапазон используемых режущих материалов в той области, где может служить промежуточным звеном между твердыми сплавами и алмазосодержащими, а также другими сверхтвердыми композиционными материалами. Режущая керамика -- ценное дополнение к твердым спеченным сплавам с хорошими перспективами увеличения ее использования.

Исходным материалом для производства режущей минералокерамики служит технический глинозем (-Al₂O₃) чистотой 98,5…99,5 %. Такой глинозем обжигают при температуре 1400…1600 °С, превращая его в б-модификацию (корунд). Обожженный глинозем размалывают до зернистости 1…3 мкм (например, в шаровой мельнице). Следует отметить, что измельчение зерен до их крупности менее 1 мкм нежелательно из-за увеличения хрупкости спеченного изделия.

Размолотый корунд подвергают обработке кислотами для отмывки натертого в процессе размола железа, промывают водой и высушивают.

Минералокерамический материал ЦМ-332 может быть со стеклофазой или без нее и представляет собой либо чистый оксид Аl₂O₃, либо содержит 97,0…99,5 % Аl₂O₃ (остальное Сr₂O₃ или Fe₂O₃, SiO₂, MgO).

Оксидно-металлическую керамику применяют как теплостойкий и окалиностойкий материал. Для получения режущего инструментального материала к Аl₂O₃ добавляют 2…10 % Мо или Cr, благодаря чему вязкость кермета (по сравнению со спеченным чистым оксидом алюминия) улучшается, а хрупкость уменьшается.

Горячепрессованная режущая оксидно-карбидная керамика (Аl₂O₃ с 20…40 % Мо₂С или сложного карбида Мо₂С-WC) обладает высокой прочностью и твердостью. Изделия из такого материала (марок В3, ВОК-60 и ВОК-63) имеют соответственно плотность 4,20…4,60 г/см³; у_в = 450…700 МПа; твердость HRA 92…94. Режущий инструмент с механическим креплением неперетачиваемых пластин из такой минералокерамики обладает повышенными эксплуатационными свойствами. Они позволяют увеличить производительность, повысить качество обработки изделий и снизить себестоимость операции в результате увеличения скорости резания в 2…3 раза с одновременным повышением стойкости в 5 раз (в среднем) по сравнению со сплавами ВК3М, Т30К4 и другими износостойкими твердыми сплавами при чистовой обработке деталей.

Высокие твердость и износостойкость твердых сплавов обусловили их применение не только в качестве режущих материалов. Твердые сплавы широко применяют в приборостроении, машиностроении, горном деле и многих других областях человеческой деятельности.

Обширная область использования твердых сплавов -- обработка металлов давлением (волочение, штамповка, прессование, калибровка). Твердые сплавы широко применяют в виде вставок к волокам.

Следует отметить, что одним из основных потребителей фасонных твердосплавных штампов является часовая промышленность.

В машиностроении и приборостроении детали, которые раньше изготавливали из стали, в нагружаемых местах обязательно армируют твердыми сплавами (обычно типа ВК). Армирование проводят с помощью пайки мягким или твердым припоем. Все современные высокопроизводительные токарные станки оборудуют токарными центрами, армированными твердыми сплавами, ими армируют также зажимные кулачки и люнеты. У бесцентровых шлифовальных станков армируют быстро изнашивающиеся стальные направляющие полосы. В станкостроении многочисленные детали, ранее изготовлявшиеся из стали (упоры, упорные болты, направляющие втулки, криволинейные направляющие, сверлильные кондукторы, защелки механизма подачи, щупы, прижимные ролики и т. д.), в настоящее время армируют твердыми сплавами.

Важной областью применения твердых сплавов являются сопла всех видов. Сопла для пескоструйной обработки, сопла воздуходувок, разбрызгивающие и распылительные сопла, стеклопрядильные сопла и мундштуки прессов и т. д. изготавливаются с использованием твердых сплавов.

В текстильной промышленности все более широкое применение находят направляющие кольца из твердых сплавов для нитей из натурального или искусственного шелка. Аналогичные направляющие кольца применяют при изготовлении проволочной сетки, перемотке проволоки, намотке катушек, направляющих буксировочных тросов самолетов.

В керамической промышленности и порошковой металлургии твердые сплавы используются в качестве износостойкого материала для изготовления и армирования деталей размольного и прессового оборудования (футеровка мельниц, пресс-инструмент).

Сверхтвердые материалы. К сверхтвердым относят материалы, микротвердость которых превышает 45 ГПа. К ним относятся алмазы, нитрид бора (кубический и вюрцитный), карбид бора и материалы на их основе.

Синтетические сверхтвердые поликристаллические (СТП) материалы эффективно используются в различных отраслях народного хозяйства. Первоначально СТП, в основном, использовались в инструментальном производстве, но в настоящее время их применяют и как конструкционный материал.

В зависимости от исходного сырья СТП можно разделить на три группы. К первой группе относятся материалы на основе алмаза, ко второй -- на основе кубического нитрида бора, к третьей -- композиционные материалы, содержащие как алмаз, так и твердые оксиды, нитриды бора, карбиды.

Алмазный инструмент используют для следующего:

1. заточки, шлифования и доводки твердосплавного инструмента (металлорежущего инструмента для обработки древесины и ее заменителей, применяемого в горнорудной промышленности и различных ее отраслях);

2. заточки и доводки хирургических инструментов;

3. обработки изделий из твердого сплава различного целевого назначения;

4. обработки часовых, приборных и ювелирных камней (синтетического рубина, сапфира, агата, яшмы, самоцветов и янтаря);

5. обработки кристаллов природных алмазов при изготовлении из них бриллиантов и инструмента;

6. доводочного шлифования стальных и чугунных изделий;

7. изготовления твердосплавных и стальных шлифов для металлографических исследований.

Алмазный порошок и связка образуют композиционный материал, который в виде алмазоносного слоя является рабочей частью инструмента. Алмазоносный слой определяет работоспособность и срок службы инструмента и характеризуется маркой и зернистостью алмазного порошка, маркой связки, твердостью, концентрацией алмазов, формой и размерами. Такой слой, как правило, прочно соединен с корпусом инструмента, наличие которого принципиально отличает алмазный абразивный инструмент от других типов абразивного инструмента. Материал корпуса и метод соединения с алмазоносным слоем выбирают в зависимости от марки связки, формы, размеров и назначения инструмента.

В настоящее время разработано множество марок сверхтвердых материалов на основе нитрида бора, различающихся составом, технологией получения и областями применения. Поликристаллические материалы на основе нитрида бора могут содержать одну кубическую кристаллическую модификацию (эльбор, кубонит, кибор). Разработаны также материалы, содержащие как сфалеритоподобную, так и вюрцитоподобную модификации нитрида бора (Гексанит-Р).

Изделия из СТП представляют собой различной формы пластины и специальные цилиндрические вставки массой от 5·10^-5 до 5·10⁴ кг, применяющиеся для производства металлорежущего инструмента (резцов, сверл, фрез), используемого при обработке закаленных сталей и чугунов с твердостью более 40 HRC. Стойкость инструмента из СТП при обработке таких материалов более чем в 10 раз превышает стойкость инструментов из твердых сплавов, что обеспечивает повышение производительности обработки в 2…4 раза.

Пористые порошковые материалы

Одной из особенностей порошковых материалов является то, что технологии порошковой металлургии предопределяют наличие пор в структуре материала. Поры присутствуют во всех изделиях порошковой металлургии. Размеры пор, их форма и распределение в материале определяют его механические, физические и эксплуатационные свойства. Современные технологии позволяют изменять содержание пор в порошковых материалах (от 0 до 70 %) и, таким образом, получать как беспористые или низкопористые изделия, так и высокопористые материалы и изделия из них.

Работоспособность пористых порошковых материалов (ППМ) и их области применения определяются наличием взаимосвязанной системы пор. Эта поровая структура обеспечивает ППМ проницаемость для газов или жидкостей, фильтрующую способность, способность к капиллярному транспорту жидкости и ее удержанию в порах, развитую удельную поверхность и другие свойства.

Пористые порошковые материалы успешно применяются в космической технике, машино- и приборостроении, промышленности (радиоэлектронной и химической), атомной энергетике, медицине, сельском хозяйстве. По сравнению с другими проницаемыми материалами на органической (войлок, бумага, ткань, полимер) и неорганической (керамика, асбест, стекло) основах, ППМ характеризуются лучшей проницаемостью, большей прочностью, пластичностью и устойчивостью к тепловым ударам. Эти материалы коррозионностойки и жаропрочны, могут работать при температурах >1000 °С, просты и экономичны в изготовлении, допускают многократное использование.

Согласно существующей классификации ППМ и их области применения можно разделить на три группы:

1. фильтрующие (фильтры, фазоразделители, распределители газовых и жидкостных потоков, глушители звуковых и механических колебаний, огнепреградители и др.);

2. капиллярно-пористые (испарители, конденсаторы, капиллярные структуры тепловых труб, капиллярные насосы и т. п.);

3. материалы со специальными свойствами (пористые аноды, пластины аккумуляторных батарей, заменители костной ткани, катализаторы, каталитично-диффузионные мембраны и т. д.).

Фильтрующие ППМ. Наибольшее распространение получили ППМ для фильтров, которые предназначены для отделения газов и жидкостей от посторонних примесей.

Так, фильтры из ППМ используются для очистки воды, щелочных, кислотных и соленых растворов, топлива и смазочных материалов, молока, смол, основ для лаков, расплавов солей и полимеров. Кроме того, эти фильтры применяются для фильтрации сжиженных и сжатых газов (азот, кислород, гелий, воздух и другие) при их производстве и практическом применении, а также отходящих газов в технологических циклах производства (химического, металлургического, цементного и других).

В некоторых случаях с помощью таких фильтров можно улавливать дорогостоящие пылевидные катализаторы, используемые в технологических процессах химического и нефтехимического производств, что позволяет значительно их удешевлять. В зависимости от области применения, эксплуатационных и конструкционных требований фильтры изготавливают в виде дисков, пластин, цилиндров, стаканов, конусов и др.

Следует отметить, что ППМ устойчивы к резким температурным колебаниям (тепловым ударам), а своей технологичностью в изготовлении (обработка на металлорежущих станках, склеивание, сварка, пайка и т. п.) ППМ превосходят другие известные проницаемые материалы.

Фильтры из ППМ могут изготавливаться практически любых форм и размеров. Соответствующим выбором подходящего материала можно обеспечить высокую коррозионную стойкость, термическую стойкость и износостойкость фильтров.

Пористые порошковые материалы хорошо зарекомендовали себя в газораспределителях (например, при пневмотранспорте сыпучих сред). В этом случае транспортируемый продукт (цемент, мука, удобрение, пылеобразное топливо) поступает на пористую пластину, через которую снизу подается воздух. Образующаяся при этом газопылевая смесь перемещается по транспортному трубопроводу, что исключает возможность выброса дисперсных частиц в атмосферу. В этом случае материалы, изготовленные с применением ППМ, успешно заменяют ленточные и шнековые транспортеры. Опыт, накопленный при использовании таких материалов на цементных заводах, показал большие преимущества ППМ, состоящие в отсутствии движущихся и изнашиваемых деталей, низкой энергоемкости, бесшумности и надежности в эксплуатации.

Газораспределители на основе ППМ являются незаменимыми и надежными в эксплуатации и эффективно используются в разгрузочных устройствах при разгрузке содержащих дисперсные материалы вагонов, контейнеров и т. п.

Размещено на Allbest.ru