Распространенные проблемы при обработке порошковой металлургии

Порошковая металлургия — это производственный процесс, использующий металлический порошок или смесь металлического и неметаллического порошка в качестве сырья. Детали или материалы производятся путем компактирования и спекания.

Она обычно используется для компонентов, которые близки к своей окончательной форме, и для материалов, которые трудно производить обычным литьем или механической обработкой.

Основные преимущества порошковой металлургии

Одним из явных преимуществ порошковой металлургии является высокая степень использования материала.
Поскольку уплотненная деталь уже близка к окончательной форме, объем последующей механической обработки обычно невелик.

Еще одним преимуществом является то, что ее можно использовать для производства материалов, которые трудно получить традиционными методами, таких как тугоплавкие металлы, псевдосплавы, пористые материалы и некоторые функциональные материалы.

Для таких деталей, как шестерни, порошковая металлургия также может обеспечить хороший контроль затрат при массовом производстве.
При достаточно больших объемах часто легче сократить потери материала и затраты на механическую обработку.

Ограничения порошковой металлургии

Порошковая металлургия также имеет свои ограничения.

Наиболее распространенная проблема заключается в том, что поры трудно полностью удалить.
Из-за этого плотность и механические свойства многих деталей, изготовленных порошковой металлургией, обычно ниже, чем у полностью плотных материалов.

Кроме того, этот процесс зависит от форм и прессов, поэтому он не идеален для очень больших деталей или очень малых объемов производства.

Почему порошковая металлургия обеспечивает высокую степень использования материала

Основная причина — стадия уплотнения.

Прессованная заготовка обычно уже близка к конечному размеру и форме детали.
Это означает, что позже потребуется удалить меньше материала, поэтому отходов меньше.

Для таких деталей, как шестерни, традиционная механическая обработка удаляет гораздо больше материала.
Порошковая металлургия ближе к формованию с получением почти готовой формы, поэтому она более эффективно экономит материал.

Базовый процесс газовой атомизации

Газовую атомизацию можно разделить на четыре этапа.

Во-первых, поток жидкого металла разрушается высокоскоростным газом.
Во-вторых, жидкий поток растягивается и разбивается на более крупные исходные капли.
В-третьих, эти капли далее разбиваются на более мелкие частицы газовым потоком.
Наконец, капли охлаждаются и затвердевают, и их форма постепенно становится более сферической.

Это одна из причин, почему газовая атомизация часто производит порошки с хорошей сферичностью.

Что влияет на размер частиц порошка при атомизации

Размер частиц порошка при газовой атомизации зависит от нескольких факторов:

• угол распыления
• распыляющая среда
• диаметр металлического потока
• температура расплавленного металла
• давление атомизации

В общем, более интенсивная атомизация, более тонкий жидкий поток, более высокая температура и более низкая вязкость расплава, как правило, дают более мелкий порошок.

Почему синий вольфрам используется для производства вольфрамового порошка

Синий вольфрам используется в основном потому, что он помогает контролировать рост частиц.

Проще говоря, он лучше подходит для производства более мелкого вольфрамового порошка и для поддержания лучшей стабильности размера частиц во время восстановления.
Его ценность не в том, что он более сложен, а в том, что он упрощает контроль порошка.

Взаимосвязь между размером частиц, формой и насыпной плотностью

Насыпная плотность — это масса порошка на единицу объема после того, как порошок естественным образом заполняет контейнер.

Она тесно связана с размером частиц, распределением частиц по размерам и формой частиц.

В общем, меньшие частицы создают большее трение между частицами, что снижает текучесть и часто уменьшает насыпную плотность.
Неправильные формы частиц также создают больше пустот во время уплотнения, что снижает насыпную плотность.

Однако, если грубый и мелкий порошки объединены в подходящем распределении, мелкие частицы могут заполнять промежутки между грубыми частицами, что может улучшить насыпную плотность.

Почему удельную поверхность можно использовать для измерения размера частиц

Метод удельной поверхности является косвенным методом измерения.

Поскольку порошок имеет большую площадь поверхности, он может адсорбировать газ.
Измеряя количество газа, адсорбированного определенной массой порошка, можно рассчитать удельную поверхность.
Затем средний размер частиц можно оценить из соотношения между площадью поверхности и размером частиц.

Таким образом, этот метод сначала измеряет площадь поверхности, а затем преобразует ее в размер частиц.

Разница между одноосным прессованием и изостатическим прессованием

Основное различие между этими двумя методами заключается в напряженном состоянии во время формования.

При одноосном прессовании давление прикладывается в основном с одного направления, поэтому плотность внутри заготовки часто неравномерна.
При изостатическом прессовании давление прикладывается со всех направлений, поэтому плотность обычно более равномерна.

Если важна однородность плотности, изостатическое прессование обычно имеет преимущество.

Почему частицы вольфрамового порошка растут во время восстановления

Вольфрамовый порошок обычно получают восстановлением оксида вольфрама водородом.
Если процесс плохо контролируется, частицы могут слишком сильно увеличиваться.

Основные причины следующие:

• слишком высокая температура восстановления
• слишком долгое время в высокотемпературной зоне
• слишком высокая влажность в атмосфере

Более высокая температура и более длительное время выдержки легче приводят к укрупнению частиц.
Плохой контроль влажности также может увеличить рост частиц.

Поэтому при производстве вольфрамового порошка недостаточно просто завершить восстановление.
Температура, время и атмосфера также должны тщательно контролироваться.

Заключение

Порошковая металлургия — это не просто процесс прессования и спекания.
Размер порошка, насыпная плотность, метод формования и условия восстановления — все это влияет на конечный результат.

Понимание этих основных моментов помогает объяснить, почему процесс работает, и помогает сократить количество проб и ошибок в реальном производстве.