Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 274
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Физико-технологические основы получения композиционных материалов
1.1. Характеристика композиционных материалов
1.2. Классификация композиционных материалов
1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам
Изготовление изделий из металлических композиционных материалов
2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий
3.2. Краткая характеристика порошковых материалов
3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок
3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок
4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов
4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии
5. Получение деталей из композиционных пластиков
7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов
7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей
7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок
Из приведенных технологических способов получения изделий из МКМ наиболее освоены в промышленном масштабе пропитка, непрерывное литье, прокатка. Серьезным тормозом к применению МКМ в отраслях промышленности с массовым производством является их высокая стоимость.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14
Изготовление деталей из композиционных порошковых материалов
3.1. Способы получения и технологические свойства порошков
Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них.
Конкурентная способность порошковой металлургии по сравнению с традиционными способами получения заготовок литьем из металла все больше проявляется за счет следующих факторов: возможности получения материала со специальными физическими и эксплуатационными свойствами; применения в качестве исходных материалов отходов основного производства - обрезков, стружки, окалины и т.д., а также получения материала из руды, минуя стадию металлургии; практического отсутствия необходимости дальнейшей механической обработки получаемых заготовок и тем самым снижении трудоемкости и себестоимости их изготовления и увеличении коэффициента использования материала; совмещении процессов получения необходимого материала и готового изделия; высокого уровня механизации и автоматизации всех технологических операций.
Технологический процесс сводится к формованию порошковых или волокнистых компонентов в заготовки, которые подвергают термической обработке - спеканию. Изготовление заготовок из металлических КМ с волокнистыми наполнителями сдерживается относительно высокой стоимостью самих волокон.
Промышленность выпускает различные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый и др. Способы получения порошков условно разделяют на механические и физико-химические.
Наибольшее практическое применение имеет способ механического измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.д.). Измельчение проводят в механических мельницах. Размолом получают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава и из хрупких материалов (кремний, бериллий и т.д.).
Промышленностью также освоена технология получения порошков путем раздува жидкого металла струей газа или жидкости. Наиболее простым и экономичным является способ раздува жидкого металла струей воды под определенным давлением.
При применении механических способов исходный продукт измельчают без изменения химического состава. К недостаткам механического измельчения следует отнести высокую стоимость порошков, так как в нее входит стоимость изготовления исходных металлов и сплавов.
К физико-химическим способам относят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья или его состояния в результате химического или физического (но не механического) воздействия на исходный продукт. Физико-химические способы получения порошков более универсальны, чем механические. Возможность использования дешевого сырья (руды, отходов производства в виде окалины, оксидов) делает многие физико-химические способы экономичными. Порошки тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть получены только физико-химическими способами.
Наиболее дешевы порошки, получаемые методом восстановления руды и окалины. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
Поведение металлических порошков при прессовании и спекании зависит от свойств порошков. Химический состав порошков определяется содержанием основного металла или компонента и примесей. Физические свойства порошков характеризуются размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, состоянием кристаллической решетки, а технологические свойства - насыпной массой, текучестью, прессуемостью и спекаемо-стью порошка.
Насыпная масса - масса единицы объема свободно насыпанного порошка. Стабильность насыпной массы обеспечивает постоянную усадку при спекании. Она зависит главным образом от формы и размеров частиц.
Текучесть - способность порошка заполнять форму. Текучесть ухудшается с уменьшением размеров частиц порошка и повышением влажности. Оценкой текучести является количество порошка, выте-каемого в 1 с через отверстие диаметром 1,5 ... 4 мм. Текучесть порошка имеет большое значение, особенно при автоматическом прессовании, при котором производительность пресса зависит от скорости заполнения формы. Низкая текучесть способствует также получению неоднородных по плотности деталей.
Прессуемость характеризуется способностью порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Прессуемость порошка зависит от пластичности материала частиц, их размеров и формы и повышается с введением в его состав поверхностно-активных веществ.
Под спекаемостью понимают прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.
3.2. Краткая характеристика порошковых материалов
Порошковой металлургией получают различные конструкционные материалы со специальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами (табл. 1).
Магнитные материалы изготовляют из Fe-, №-, Аl-сплавов, а также из деформируемых сплавов Си - Ni - Fe, Fe - Со - Mo и т.д. Для уменьшения пористости этих материалов следует вводить легирующие присадки, подбирать давление при прессовании и условия спекания, а также применять двукратное прессование и спекание.
Таблица 1 Классификация композиционных порошковых материалов
Пористость материалов обычно не превышает 3 - 5%. Ферриты представляют собой магниты из оксидов металлов (железа, цинка, кобальта, магния). При производстве ферритов особое внимание уделяют процессу подготовки шихты. Проверяют химический состав исходных компонентов и строго выдерживают расчет составляющих шихты. Порошковой металлургией удается получить высокую чистоту исходных материалов, что является первостепенным для достижения электромагнитных и других физических свойств электромагнитных изделий. Электроконтактные материалы изготовляют из смеси порошков тугоплавких металлов с медью и серебром. Тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, карбид вольфрама) служат основой и определяют механические свойства, а легкоплавкие металлы являются наполнителями и придают материалам высокую электропроводимость. Высокие теплостойкость, стойкость против эрозионного износа и механическая прочность обеспечивают большой срок службы и надежность электрической аппаратуры с контактами из этих композиций.
Порошковой металлургией получают материалы со специальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами (пористые, фрикционные, антифрикционные).
Весьма перспективно применение порошковых композиционных материалов в условиях массового производства. Использование в качестве исходного сырья отходов (стружки, обрезков, окалины и т.д.) повышает экономическую эффективность и снижает себестоимость выпускаемых деталей. Автоматизация всех технологических операций позволяет не только повысить производительность процесса и снизить трудоемкость, но и обеспечить высокое качество изготовляемых деталей (стабильность размеров и форм, плотность и другие физико-механические свойства).
3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок
Процесс приготовления смеси включает предварительный отжиг, сортировку порошка по размерам частиц и смешение. Предварительный отжиг порошка способствует восстановлению оксидов и снимает наклеп, возникающий при механическом измельчении исходного материала. Отжигу подвергают обычно порошки, полученные механическим измельчением, электролизом и разложением карбонилов. Отжиг проводят при температуре, равной 0,5 - 0,6 температуры плавления в защитной или восстановительной атмосфере.
Порошки с размерами частиц 50 мкм и больше разделяют по группам рассеиванием на ситах, а более мелкие порошки -воздушной сепарацией. В металлические порошки вводят технологические присадки различного назначения: пластификаторы (парафин, стеарин, олеиновую кислоту и др.), облегчающие процесс прессования и получения заготовок высокого качества; легкоплавкие материалы, улучшающие процесс спекания; различные летучие вещества для получения деталей с заданной пористостью. Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах и других смешивающих устройствах. Автоматизация процессов приготовления смеси обеспечивает ее качество.
Заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой и др.
При холодном прессовании в пресс-форму 2 (рис. 8, а) засыпают определенное количество приготовленного порошка 3 и прессуют пуансоном 1. В процессе прессования увеличивается контакт между частицами, уменьшается пористость, деформируются или разрушаются отдельные частицы. Прочность получаемой заготовки обеспечивается силами механического сцепления частиц порошка, электростатическими силами притяжения и трения. С увеличением давления прессования прочность заготовки возрастает. Давление распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния сил трения порошка о стенки пресс-формы, вследствие чего заготовки получаются с различными прочностью и пористостью по высоте. В зависимости от габаритных размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно- или двустороннее прессование.