Порошковая металлургия и свойства металлических порошков

| Категория реферата: Рефераты по металлургии
| Теги реферата: мцыри сочинение, сочинение 7
| Добавил(а) на сайт: Aver'janov.

Основы теории, практика распыления – механические, электрические методы, распыления газовым потоком и водой. Механические методы распыления
– струя металла, вытекающая из калиброванного отверстия, разрушается вращающимся диском. Для повышения эффективности диск может быть снабжен специальными выступами или отверстиями. Основная сложность – налипание металла на вращающиеся детали. Струя металла из плавильного агрегата попадает во вращающийся тигель с отверстиями в боковых стенах. Для получения гранул одинаковой величины размеры отверстий увеличиваются по мере удаления от дна тигля. Скорость обеспечения высокой скорости, необходимой для распыления (до 18000 мин? № ) , сдерживает применение метода. Распыление расплава и закалка ( кристаллизация и приобретение формы частицами ) происходят в момент удара о водоохлаждаемую полированную поверхность экрана, что обеспечивает скорость охлаждения частиц.
Высокоскоростное затвердение из расплава. Вращающимся медным диском извлекаются (экстрагируются ) ограниченные объемы металла и мгновенно затвердевают. В зависимости от формы кромки диска можно получать частицы чешуйчатой, игольчатой формы, волокна и др.

Электрические методы Электроимпульсный метод заключается в воздействии электрического импульсного тока на струю пульпы или расплава. Накопитель энергии – конденсатор – заряжается от источника постоянного или переменного тока. При определенной величине заряда пробивается промежуток, и вся накопленная за время ? энергия выделится за время ?0 в рабочем промежутке и элементах цепи разрядного контура. Электродуговое распыление осуществляется следующим образом. Пруток металла, подлежащего распылению, служит катодом. Анод выполняется в виде водоохлаждаемого полого цилиндра.
Используются также плазменные горелки с независимой или зависимой дугой, когда анодом служит распиливаемый материал.

Распыление газовым потоком. В инженерном отношении возможно осуществление трех основных схем разрушения струи: соосным потоком газа, потоком под углом, поперечным потоком. При распылении струи расплава можно выделить три структурные зоны: не распавшуюся сплошную часть струи; зону разделения струи на отдельные волокна, пряди, нити, капли; зону окончательного формирования частиц, интенсивного протекания теплообменного и других процессов.

Распыления жидкостями. Высокая плотность энергоносителя, интенсивное охлаждение капель расплава, образование значительного количества пара в зоне непосредственного контакта жидкости с расплавом. В качестве распыляющей жидкости используется вода или масло. Распыляющий узел форсунки должен обеспечивать возможность использования максимальной силы удара водяной струи, оно связано с длиной ее начального участка, величина которого определяется выходным диаметром насадки, давлением воды перед насадкой и степенью поджатия струи.

Технология получения порошков распылением расплавов. Водой можно распылять низко – и высоколегированные сплавы распылением получают порошки быстрорежущих сталей. Получение порошков титана и его сплавов с низким содержанием кислорода и азота осуществляется в основном центробежным распылением в аргоне, гелии или вакууме. Получение порошков алюминия и магния. Распыление воздухом, азотом, инертными газами используют инжекционные форсунки, в которых металл поступает за счет разряжения возникающего у выхода из сопла при истечении газа из кольцевой щели под давлением 0,4 – 0,6 Мпа.

Физико–химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно – автокаталитической теории.

Восстановители, используемые при восстановлении порошков.
Восстановителями служат газы ( водород, оксид углерода, диссоциированный аммиак, природный конвертируемый, водяной, коксовый или доменный газы, эндогаз), твердый углерод (кокс, древесный уголь, сажа ) и металлы. Выбор восстановителя зависит не только от термодинамических оценок, но и от летучести, которая должна быть минимальной, так как иначе процесс нужно вести при повышенном давлении за счет аргона или других инертных газов.

Железный порошок - основа многотоннажной ПМ. Существуют методы получение порошков из FeCl2. Восстановленный водородом железный порошок имеет высокую чистоту и стоимость.
Восстановление оксидом углерода проводится при температурах выше 1000 єС на основе адсорбционно – каталитического механизма. Восстановление твердым углеродом происходит при 900-1000єС.

Содовый метод применяется для получения порошка повышенной чистоты. В шихту добавляют 10 – 20% соды с которой при восстановлении взаимодействуют примеси, образуя растворимые в воде натриевые алюминаты.

Металлотермия. Восстановление диоксида титана кальцием.

Комбинированный процесс включает в себя восстановление магнием, а после отмывки – кальцием, расход которого снижается в два раза.
Восстановление гидридом кальция получают порошок титана и его гидрида.
Восстановление хлорида титана натрием. Хлорид титана получают хлорированием концентрата руд, очисткой и фракционной дистилляцией.
Восстановление хлорида титана магнием наиболее экономичный способ. Реакция происходит при 800 – 900єC.
Стальной герметичный аппарат заполняют слитками магния, откачивают воздух, заполняют аргоном, плавят магний, сверху подают лимитированное количество хлорида титана, чтобы не было перегрева.

Восстановление из растворов, газообразных соединений и в плазме. Из растворов соединений ?і, Cu, Co металлы вытесняют водородом в автоклавах.
Сдвигать потенциал водорода в отрицательную сторону можно, повышая pH или увеличивая давление водорода. Эффективнее изменять pH, повышение которого на единицу эквивалентно изменению давления водорода в 100 раз. Термические расчеты показывают, указанные меаллы можно осадить уже при 25єC и 0,1Мпа.
Восстановление газообразных соединений водородом осуществляется в кипящем слое из галогенидов вольфрама, рения, молибдена, ниобия и титана. Получение высокодисперсных порошков в плазме перспективно для металлов, карбидов, нитридов и др. Восстановители – водород или продукты плазменной конверсии с высокой температурой и без окислителей. Оксид никеля восстанавливают в струе Ar – H2 или Ar – CO, причем содержание водорода близко к стехиометрическому, а теплообмен и плазмообразование происходят за счет аргона. Реакция лимитируется диссоциацией NiO, полное его восстановление достигается при 7000єC.

Физико – химические основы получения порошков электролизом. Процесс представляет собой своеобразное восстановление: передача электронов к металлу с одновременной перестройкой структуры происходит не с помощью восстановителей, а за счет електрической энергии. Способ универсален, обеспечивает высокую чистоту порошков. Электролиз – один из самых сложных физико – химических процессов производства порошков. Процесс заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого материала. Наличие хлора или фтора на аноде заставляет принимать меры по предотвращению его взаимодействия с электролитом и порошком. Электролит от порошков отделяется отгонкой нагреванием или центрифугированием и отмывкой.
Электролиз водных растворов. Способ для получения порошков меди, серебра, железа, никеля, кобальта, олова и др. Никель, цинк, кобальт образуют равномерные плотные мелкозернистые осадки независимо от природы электролита. Серебро или кадмий растут в виде отдельно сильно разветвляющихся кристаллов при электролизе простых солей, из раствора цианистых солей они выделяются в виде ровного гладкого слоя.

Получение медного, никелевого, железного порошка. Медный порошок получают из раствора сернокислой меди, он имеет высокую чистоту и регулируемую дисперсность. Никелевый порошок получают элетролизом аммиачных растворов хлорно – кислого никеля. Особенности получения железного порошка связаны с тем, что в ряду напряжений железо железо располагается левее водорода, поэтому последний выделяется вместе с водородом, ухудшая выход по току и качества порошка.

Получение порошка тантала смесь фторида и хлорида калия улучшает легкоплавкость, жидкотекучесть и электропроводность электролита.
Получение порошка титана растворимый анод выполняют из сбрикетированных титаносодержащих материалов. Получение порошка циркония. Для его получения необходимо использовать фтороцирконат калия и хлористый калий высокого качества, проводить процесс среди чистого аргона.
Получение железа элктролизом хлоридных расплавов обеспечивает получение порошка очень высокой чистоты.
Получение порошков методами термодиффузионного насыщения, испарения – конденсации. Метод применяется для получения сталей и сплавов, легированных элементами, оксиды которых трудновосстановимы. Получение порошков содержащих три и более металлических компонентов, можно производить совместным восстановлением смеси оксидов с последующим насыщением трудновосстановимыми компонентами из точечных источников. Перенос осуществляется через газовую фазу в виде хлоридов, иодидов или бромидов, образующихся во время нагрева при взаимодействии металлов с продуктами разложения галоидных солей аммония.
Испарения – конденсация. Сущность метода заключается в переводе металла в парообразное состояние и последующей конденсации паров на поверхностях, температура которых меньше точки плавления осаждаемого металла.

Коррозия металлов – их разрушение вследствии химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.
Получение порошков металлоподобных соединений методами прямого синтеза из элементов, восстановления, высокотемпературного синтеза. Металлоподобные соединения имеют, как правило, высокую твердость и температуру плавления, обладают сложной связью, в которой сочетаются металлическая, ионная и ковалентная составляющие. Для получения порошков применяют прямой синтез из элементов, восстановительные процессы, электролиз расплавленных и метод самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Восстановительные процессы используют для получения карбидов, боридов, нитридов и силицидов путем восстановления оксидов углеродом или углесодержащим газом.

3. Формирование порошковых материалов.

Понятие формование. Формование (придание порошковой массе определенной формы) металлического порошка представляет собой технологическую операцию, в результате которой металлический порошок образует порошковую формовку, то есть тело с заданной формой, размерами и плотностью.

Элементы механики и реологии деформируемого тела. Элементы механики и реологии деформируемого тела возможность феноменологического описания многих закономерностей прессования и спекания, но важным является и микроскопический подход к этим процессам, основанный на концепциях твердого тела.
Общие сведения о механизмах процесса массопереноса. Изменение плотности при прессовании и спекании обусловлено многими процессами, различными по своей природе: взаимным скольжением элементов структуры относительно друг друга, пластической деформацией, вязким течением, диффузионными явлениями.
Большинство из этих процессов имеет термоактивационный характер, а пластическая деформация, кроме того, и пороговый. Преимущественным механизмом диффузии в твердых телах считается вакансионный, и энергия активации представляется состоящей из слагаемых, зависящих от параметров образования и движения вакансий. В процессах спекания и горячего прессования важную роль играет течение вещества – ползучесть. При нагреве вязкого тела, в том числе и порошкового, происходят и рекрестализационные процессы, связанные с переходом мкроструктуры в более стабильное состояние.

Основы процесса уплотнения порошкообразных материалов. Рассматриваемый класс материалов, как и все твердые тела, в зависимости от условий нагружения и деформации может проявлять упругие, пластические и вязкие свойства. Пластическое разрушение возникает в теле при достижении в нем предельного состояния. Пластическая деформация тел, сопровождающаяся их хрупким разрушением, не может быть рассмотрена как процесс, лежащий в основе механизма уплотнения порошкового материала. Таким образом, можно заключить, что кинетика процесса уплотнения полностью определяется условиями пластической деформации сжимаемого пористого тела, механические свойства которого зависят от технологических свойств исходного порошкового материала и его плотности в некоторый момент времени.

Пластическое разрушение. Предельное состояние можно интерпретировать как состояние, предшествующее разрушению. Пластическое течение и хрупкое разрушение – называют состоянием пластического разрушения.
Экспериментальное исследование механических свойств пористых сжимаемых тел.
Схема “сдвига” при достаточной простоте реализации позволяет контролировать суммарную величину нагрузок, приложенных к телу, и величину перемещений сдвигаемых объемов брикетов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Установки трехосного нагружения, несмотря на наличие некоторого распределения по объему тела, дают более точные значения напряжений. Цель эксперимента состояла в определении величин сжимающих и сдвигающих усилий, сочетание которых приводит к пластическому разрушению образца и выявлению условий перехода деформации хрупкого разрушения в развитое пластическое течение материала, когда должна наблюдаться соответствующая сдвигу деформация сжатия материала и увеличение его плотности. Без пластической деформации материала невозможно его уплотнение;
Развитие в сжимаемом теле пластических деформаций требует определенного сочетания касательных и сжимаемых напряжений на поверхностях скольжения.
Увеличение плотности пористой среды не только зависит от величины сжимающих нагрузок и их изменения, но и является функцией полученной телом пластической деформации.
Прессование представляет собой формование металлического порошка в пресс – форме под воздействием давления. При насыпании порошка в форму поверхностные слои частиц воспринимают контактную нагрузку.
Энергия прессования расходуется на преодоление трения между частицами, внешнего трения и на деформирование частиц. Все виды прессования имеют собственный механизм уплотнения, подчиняются различным закономерностям, но для всех них одним из наиболее важных вопросов является выяснение зависимости плотности порошкового тела от давления. Сложность физических процессов , наблюдаемых в течение уплотнения порошковых материалов в закрытых пресс – формах, не позволила до сих пор построить всеобщую физико
– математическую теорию прессования. Поэтому до сих пор нет аналитического выражения, которое было бы универсальным для прессования различных материалов и широкого интервала давлений. Общим недостатком почти всех уравнений прессования является то, что они не учитываются реальной граничной плотности, достижимой в данном порошке. В НГТУ использован энергетический подход к проблеме уплотнения пористого тела при динамическом и статическом горячем прессовании.

Боковое давление при прессовании. При приложении давления деформация порошковой массы может происходить за счет нормальной деформации контактов частиц и их относительного сдвига. При увеличении давления прессования происходит рост площадок взаимных контактов. Важной характеристикой прессования является коэффициент бокового давления ?, представляющий собою отношение бокового давления к давлению прессования ? и качественно характеризующий пластичность уплотняемого материала.

Распределение плотности в спрессованных брикетах. Внешнее трение прессуемого порошка о стенки пресс – формы определяет усилие, необходимое для выталкивания брикта после его прессования и называемое давлением выталкивания. Давление выталкивания всегда меньше потерь давления на трение порошка о стенки пресс – формы, что связано с изменением объема спрессованного брикета после снятия давления. Разрыв контактов между частицами на большом протяжении может вызвать разрушение целостности прессовок, называемое расслоем.

Структурные изменения при прессовании. Структурные изменения в брикетах при прессовании определяются двумя группами факторов: уменьшением прироста и превращениями в структуре материала частиц. Можно полагать что прессование в конечном счете осуществляется за счет снижения общего запаса энергии порошковой системы. В традиционных понятиях все свойства порошковых материалов являются функцией контактного сечения, а площадь этого сечения определяется значением нормального к нему сжимающего напряжения.

4.Спекание порошковых материалов.