Вакуумные печи для порошковой металлургии

• получение порошков железа, меди, вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из окислов) углеродом или водородом;
• электролитическое осаждение металлов;
• термическая диссоциация летучих карбонилов металлов (карбонильный метод). Преимущества: получение мелкодисперсного (0-20 мкм) порошка железа правильной формы с определёнными радиотехническими свойствами.

Передовым решением данной задачи является метод изостатического холодного прессования порошков под всесторонним большим давлением (30-1000 МПа). Пресс-инструмент ориентирован, как правило, вертикально.

Смесь порошков засыпается в полость матрицы, где он брикетируется. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.

Спекание проводят в защитной среде (водород; атмосфера, содержащая соединения углерода; вакуум; защитные засыпки) при температуре около 70—85% от абсолютной точки плавления, а для многокомпонентных сплавов — несколько выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Защитная среда должна обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования нежелательных загрязнений продукции, предотвращать выгорание отдельных компонентов (например, углерода в твёрдых сплавах), обеспечивать безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции в защитной среде. Цель спекания — получение готовых изделий с заданными плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками, необходимыми для последующей обработки.

Отдельно необходимо отметить технологию горячего прессования (спекания под давлением), в частности, изостатического. В этом случае отпадает необходимость операции формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы. Горячее прессование представляет собой процесс получения изделий путем спекания порошков или заготовок из них с одновременным приложением внешнего давления. В зависимости от условий приложения давления, горячее формование изделий может проходить путем одноосного, двухосного сжатия и в объеме (изостатическое).

Преимущества горячего прессования: получение изделий с плотностью, близкой к теоретической (dC = 99.9 % от dT) и возможность регулирования параметров микроструктуры от долей мкм до 1000 мкм. После спекания изделия обычно имеют некоторую пористость (от нескольких процентов до 30—40%, а в отдельных случаях до 60%). С целью уменьшения пористости (или даже полного устранения её), повышения механических свойств и доводки до точных размеров применяется дополнительная обработка давлением (холодная или горячая) спечённых изделий; иногда применяют также дополнительную термическую, термохимическую или термомеханическую обработку.

1. Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать другими методами. К ним относятся:
• некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал);
• сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.): композиции и так называемые «псевдосплавы» металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (например, вольфрам — медь);
• композиции из металлов и неметаллов (медь — графит, железо — пластмасса, алюминий — окись алюминия и т.д.);
• пористые материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др.


2. Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. Порошковая металлургия позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до 60—80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т.п.).


3. При использовании чистых исходных порошков (например, карбонильный метод) можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.


4. При одинаковом составе и плотности у спечённых материалов в связи с особенностью их структуры в ряде случаев свойства выше, чем у плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной ориентировки (текстуры), которая встречается у ряда литых металлов (например, бериллия) вследствие специфических условий затвердевания расплава. Большой недостаток некоторых литых сплавов (например, быстрорежущих сталей и некоторых жаропрочных сталей) — резкая неоднородность локального состава, вызванная ликвацией (процесса разделения первоначально однородного расплава при понижении температуры на две разные по составу несмешивающиеся жидкости) при затвердевании.


5. Размеры и форму структурных элементов спечённых материалов легче регулировать, и главное – можно получать такие типы взаимного расположения и формы зёрен, которые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим структурным особенностям, спечённые металлы более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжений, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники.