Распространенные проблемы при обработке порошковой металлургии

Порошковая металлургия (ПМ) — это передовая технология подготовки материалов, которая использует в качестве сырья металлический порошок или смесь металлических и неметаллических порошков и позволяет производить металлические материалы, композитные материалы и различные виды продукции с помощью таких процессов, как формование и спекание.

1. Важные преимущества и недостатки технологии порошковой металлургии. Важные преимущества:

① Он может изготавливать некоторые материалы, которые трудно изготавливать другими методами, такие как тугоплавкие металлы, псевдосплавы, пористые материалы и специальные функциональные материалы (твердые сплавы);

② Поскольку в порошковой металлургии в процессе формования используется форма, очень близкая по форме к конечному продукту, объем обработки продукта невелик, и экономится материал;

③ Некоторые изделия, особенно имеющие специальную форму, легко изготавливать с помощью пресс-форм, при этом объем обработки заготовки невелик, а себестоимость производства низкая, например, зубчатые колеса.

Важные недостатки:

① Поскольку поры в изделиях порошковой металлургии трудно устранить, механические свойства изделий порошковой металлургии ниже, чем у тех же литьевых изделий;

② Поскольку процесс формования требует использования форм и соответствующих прессов, изготовление крупногабаритных деталей или изделий затруднено;

③ Масштабный эффект относительно невелик (Преимущества: высокая степень использования материала, низкая стоимость обработки, экономия труда, а также возможность получения материалов или изделий со специальными свойствами. Недостатки: из-за наличия пор в изделии эксплуатационные характеристики материала хуже, чем при традиционных методах обработки. Пример: производство псевдосплава медь-вольфрам, который невозможно получить традиционными методами)

2. Проанализируйте, какой этап процесса порошковой металлургии повышает коэффициент использования материала и почему?

В процессе порошковой металлургии коэффициент использования материала улучшается за счет процесса прессования штампом. Поскольку конструкция пресс-формы близка к размеру конечного продукта, прессованная заготовка часто очень близка к размеру используемого продукта, объем обработки материала невелик, а коэффициент использования высок; например, при производстве автомобильных шестерен, если используются механические методы, процесс длительный, а объем обработки материала большой, в то время как процесс формования порошковой металлургии может использовать порошок для формования пресс-формы, чтобы получить форму и размер, близкие к конечному продукту. По сравнению с механическим методом обработки объем обработки очень мал, что экономит много материала.

3. Процесс изготовления порошка методом газового распыления можно разбить на несколько областей. Каковы характеристики каждой области?

Процесс изготовления порошка методом газовой атомизации можно разложить на четыре области: область турбулентности отрицательного давления потока металлической жидкости, область формирования исходных капель, область эффективного распыления и область охлаждения и затвердевания. Его характеристики следующие: область турбулентности потока металлической жидкости: при обратном потоке распыляющего газа поток столба потока металла затрудняется, ламинарное состояние разрушается и образуется турбулентность; область формирования исходных капель: из-за промывки нижнего конца распыляющего газа турбулентный поток металлической жидкости растягивается, столб потока металла разрушается, и образуются полосчато-трубчатые исходные капли; область эффективного распыления: из-за высокоскоростного распыляющего газа, несущего большое количество кинетической энергии, воздействие на образование полосчато-трубчатых исходных капель разбивает их на мельчайшие металлические капли; область охлаждения и затвердевания: в это время мельчайшие капли покидают область эффективного распыления, охлаждаются и постепенно сфероидизируются из-за поверхностного натяжения.

4. Проанализируйте, почему синий вольфрам используется в качестве сырья для восстановительного получения вольфрамового порошка?

Основными преимуществами использования синего вольфрама в качестве сырья для получения вольфрамового порошка являются:

① Возможно получение первичных частиц с мелким размером частиц, хотя вторичные частицы крупнее вторичных частиц вольфрамового порошка, полученного с использованием WO3 в качестве сырья.

② При использовании синего вольфрама в качестве сырья вторичные частицы синего вольфрама крупные (первичные частицы мелкие), менее летучие в H2, вероятность роста за счет миграции газовой фазы снижена, а полученные частицы WO2 мелкие; после получения WO2 путем одностадийного восстановления его дополнительно восстанавливают при высокой температуре в сухом водороде, рост частиц не очевиден, а выход высокий.

5. Проанализируйте взаимосвязь между размером частиц порошка, распределением размеров частиц, морфологией порошка и насыпной плотностью.

Насыпная плотность — это масса порошка на единицу объема, когда порошок естественным образом заполняет контейнер при определенных условиях. Это важное физическое свойство порошка и важный параметр процесса в процессе порошковой металлургии. Размер частиц порошка, форма и морфология порошка оказывают значительное влияние на насыпную плотность:

① Чем меньше средний размер частиц порошка, тем сложнее морфология порошка, тем больше зазоры между частицами порошка и на его поверхности и тем меньше насыпная плотность;

② Чем меньше средний размер частиц порошка, тем сложнее морфология порошка, тем больше сопротивление трения между частицами порошка, тем хуже текучесть и тем меньше насыпная плотность;

③ Чем меньше масса порошка (коэффициент пористости в частицах порошка), тем меньше насыпная плотность;

④ Добавление небольшого количества порошка с меньшим размером частиц к некоторым порошкам с большим диаметром для формирования определенного распределения размеров частиц способствует улучшению насыпной плотности.

6. Какие факторы влияют на размер частиц порошка в процессе газораспылительного производства?

Чем больше угол между двумя потоками, тем сильнее воздействие распыляющей среды на столб потока металла и тем мельче получается порошок; при использовании жидкой распыляющей среды, поскольку масса больше, чем у газовой распыляющей среды, переносимая энергия больше, а получаемый порошок мельче; диаметр столба потока металла мал, а размер получаемых частиц порошка мал; чем выше температура металла, тем меньше вязкость металлического расплава, тем легче его разбить и тем мельче получается порошок; чем больше давление среды, тем сильнее воздействие и тем мельче получается порошок.

7. Каков основной принцип определения размера частиц порошка с использованием метода удельной поверхностной адсорбции?

Порошок оказывает адсорбционное действие на газ из-за его большой общей площади поверхности и несбалансированного поверхностного атомного силового поля. В зоне температур жидкого азота адсорбция газа веществами в основном является физической адсорбцией (без химической реакции). После математической обработки, если известен общий объем адсорбированного газа, он преобразуется в количество молекул газа и делится на объем молекулы газа, чтобы получить площадь поверхности порошка. Обычно для измерения используется один грамм порошка, поэтому мы определяем площадь поверхности одного грамма порошка как удельную площадь поверхности. Когда мы знаем значение общей площади поверхности, мы можем предположить, что порошок имеет сферическую форму, а затем получить средний размер частиц порошка на основе соотношения между эквивалентным диаметром сферы и площадью поверхности (коэффициентом формы). Чтобы получить максимально точные данные измерений, адсорбированный газ обычно является инертным газом. Этот метод измерения общей площади поверхности определенной массы порошка и последующего расчета среднего размера частиц порошка является основным принципом расчета размера частиц порошка путем испытания удельной площади поверхности порошка.

8. Проанализируйте различия и характеристики напряжений при одноосном прессовании и изостатическом прессовании соответственно, а также сравните различия между горячим прессованием и горячим изостатическим прессованием.

Разница между одноосным прессованием и изостатическим прессованием заключается в различных напряженных состояниях порошка. Как правило, одноосное прессование выполняется в жесткой форме, в то время как изостатическое прессование выполняется в мягкой форме. Во время одноосного прессования, поскольку внешняя сила прикладывается только в одноосном направлении, давление на стенку формы меньше силы в направлении прессования, поэтому напряженное состояние является анизотропным, σ 1 》σ 2= σ 3, что приводит к неравномерному распределению плотности в различных частях прессованного сырого листа. Во время изостатического прессования, поскольку напряжение поступает равномерно со всех направлений и осуществляется посредством гидростатического давления, давление в каждом направлении одинаково, и распределение напряжений в различных частях порошка равномерно, σ 1= σ 2= σ 3, поэтому плотность в различных частях прессованного сырого листа в основном одинакова.

9. Проанализируйте принцип получения вольфрамового порошка методом восстановления и факторы, влияющие на рост частиц вольфрамового порошка.

Вольфрамовый порошок получают в процессе восстановления порошка оксида вольфрама водородом. В процессе восстановления оксид переходит из высоковалентного в низковалентный и, наконец, восстанавливается до порошка вольфрама WO3—WO2—W; существуют также формы оксида, такие как WO2. 90—WO2. 72. При температуре выше 550 градусов водород может восстанавливать WO3, а при температуре выше 700 градусов водород может восстанавливать WO2. При этом условии давление диссоциации кислорода молекул воды ниже, чем у WO3 и WO2, и молекулы воды относительно стабильны. WO3 и WO2 восстанавливаются. В то же время, из-за воздействия температуры, продукты восстановления в рыхлом порошке легко выводятся путем диффузии, и кинетические условия восстановления выполняются, что приводит к восстановлению оксида вольфрама водородом.

Так как WO3 и WO2 имеют большое летучее давление в водороде, содержащем молекулы воды, и чем выше температура восстановления, тем больше летучее давление, после того, как оксид вольфрама, поступающий в газовую фазу, восстанавливается, он оседает на восстановленных частицах порошка вольфрама, вызывая рост частиц порошка вольфрама. Длительное время пребывания порошка в зоне высокой температуры также приведет к росту частиц порошка вольфрама из-за атомной миграции. Высокая влажность водорода приводит к тому, что мелкие частицы WO3 и WO2 попадают в газовую фазу, что также является важным фактором, приводящим к росту частиц порошка вольфрама.