Спечённые материалы

металлические, получают методами порошковой металлургии (См. Порошковая металлургия). Производство С. М. Развивается в связи с рядом их преимуществ, по сравнению с металлическими материалами, получаемыми плавлением, Путём плавления трудно или даже невозможно производить металлические материалы с некоторыми особенностями химического состава (композиции из металлических и неметаллических материалов. Псевдосплавы из металлических и неметаллических компонентов, не смешивающихся в расплавленном виде, например железо — свинец, вольфрам — медь и др.). Только методами порошковой металлургии можно изготовить некоторые материалы с особыми физическими характеристиками и структурой (например, многие пористые металлы).

С. М. Можно производить не только в виде заготовок и полуфабрикатов, но и в виде готовых изделий, не требующих дальнейшей обработки резанием. В ряде случаев С.м. Имеют более высокие свойства, чем аналогичные материалы, получаемые плавлением (например, некоторые быстрорежущие стали и жаропрочные сплавы, бериллий и др.). Первые С. М. — платиновые изделия и полуфабрикаты (медали, чащи, тигли, проволока и др.) — были изготовлены П. Г. Соболевским (См. Соболевский) и В. В. Любарским (См. Любарский) в 1826 (техника того времени не позволяла получать температуру выше 1770 °С, необходимую для плавления платины). На рубеже 19 и 20 вв. Были созданы первые тугоплавкие С. М. (например, вольфрам, tпл 3400 °С), которые в то время не могли быть получены плавлением.

Промышленные методы изготовления вольфрамовых нитей накала для электрических ламп были введены в 1910 (Кулидж, США), Современная техника (дуговое плавление, электроннолучевое плавление и др.) позволяет расплавить любые тугоплавкие металлы и сплавы, тем не менее большую часть тугоплавких металлов производят методами порошковой металлургии. Первые композиции из С. М., которые можно получать только методами порошковой металлургии (меднографитовые щётки для электромашинных генераторов и электродвигателей), были изготовлены около 1900. Во время 1-й мировой войны 1914—18 была разработана др. Важная композиция — Магнитодиэлектрики на основе ферромагнитных металлических порошков, распределённых в диэлектрической связке.

Важное значение для прогресса техники имела разработка спечённых твёрдых сплавов (См. Твёрдые сплавы) (20-е гг., К. Шрётер, Германия). Контакты для электротехники из псевдосплавов и композиций на основе С. М. (вольфрам — медь, серебро — графит и др.) начали выпускать в 30-х гг. Композиции из С. М. На основе меди с оловом, свинцом (иногда цинком) с добавкой неметаллических компонентов, обычно окиси кремния, для фрикционных дисков производят с 1932. Фрикционные С. М. На железной основе начали разрабатывать в 40-х гг. Широко применяют алмазно-металлические композиции на основе алмазных порошков и крошки и металлических порошков (медь и её сплавы, вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы, сплавы на основе вольфрама, меди и никеля и др.).

Первые патенты на алмазно-металлические композиции были опубликованы в 1922. В промышленном масштабе производят композиции на основе С. М. Для различных отраслей новой техники. Например САП (спечённая алюминиевая пудра) — С. М. На основе алюминия и его окиси(6—20%), по жаропрочности при 300—550 °С превосходит плавленые алюминиевые сплавы. Важная группа С. М., которые практически можно получать только методами порошковой металлургии, — пористые металлы, сплавы и композиции (на основе железа, железографита, бронзы и нержавеющей стали). Обычно эти С. М. Содержат около 15—30% (объёмных) пор. Изготовление пористых С. М. (для подшипников, фильтров и др.) было предложено в 1909 (Лёвендаль, англ. Патент). Промышленное производство пористых С.

М. Для подшипников начато в середине 20-х гг. Преимущества пористых С. М. Для подшипников — наличие аварийной смазки в порах («самосмазываемость») и хорошая прирабатываемость в эксплуатационных условиях за счёт деформации объёма пор. В дальнейшем производство пористых С. М. Для различных областей техники непрерывно прогрессировало (металлические фильтры для тонкой очистки жидкостей и газов от различных примесей. Снарядные пояски из пористого железа, заменявшие медные во время 2-й мировой войны 1939—45. Пористые С. М. Для топливных элементов, для антиобледенительных устройств в самолётах, для преграждения распространения пламени во взрывоопасной атмосфере. Пористые С. М. Из металлических порошков или волокна для поглощения звука и вибрации.

Пористые элементы для химических реакций и транспорта сыпучих материалов в «кипящем слое»,т. Е. Во взвешенном состоянии, и др.).В 70-е гг. Разработаны теплообменные металлические трубы с пористым слоем из порошков меди, никеля, нержавеющей стали. В середине 30-х гг. Началось массовое производство С. М. На железной и медной основе в виде точных деталей, не требующих обработки резанием, для различных отраслей машиностроения (автомобильная и тракторная промышленность, с.-х. Машиностроение, производство бытовых машин, станкостроение и др.). К таким изделиям из С. М. Относятся различные шестерни, зубчатые колёса, звёздочки, детали кулачкового механизма, рычаги, защёлки дверных замков, детали переключателей. Детали электрических машин — коллекторные пластины, магнитопроводы постоянного и переменного тока из магнитомягких С.м.

Постоянные магниты из С.м. На основе железа — никеля — алюминия (ални) и железа — никеля — алюминия — кобальта (алнико) и др. Детали массового производства. Последняя по времени возникновения (но не по важности) группа С. М. В виде заготовок, полуфабрикатов и изделий — высококачественные С. М., которые по свойствам (прочность, жаропрочность, износостойкость и др.) превосходят плавленые металлы и сплавы аналогичного состава и назначения. У ряда литых сплавов в связи с крупнозернистой структурой и ликвацией снижены механические свойства. К таким материалам относятся упомянутые магнитные сплавы типа ални и алнико. Эти С. М. Получают с 40-х гг. Методами порошковой металлургии не только для магнитных деталей массового производства, но и в тех случаях, когда требуется повышенная прочность.

С 50-х гг. Бериллий для атомной промышленности получают преимущественно методами порошковой металлургии из-за низких механических свойств и крупнозернистости литого металла. В конце 60-х гг. Начали производить быстрорежущую сталь, с 70-х гг. — жаропрочные суперсплавы на основе никеля из С. М. Некоторые характеристики этих С. М. Лучше, чем у литых сплавов аналогичного состава. Производство С. М. Развивается более высокими темпами, чем получение плавленых металлических материалов. Так, с 1964 по 1972 годовой выпуск С. М. В США возрос в 2,5 раза (с 47 до 118 тыс. Т), в Японии — примерно в 4 раза (с 4 до 17 тыс. Т). Как для литых, так и для деформируемых материалов, получаемых обычными методами, нежелательно присутствие таких компонентов, добавок и примесей, которые способствуют образованию значительного температурного интервала между линиями ликвидуса и солидуса или появлению жидкой фазы при температурах ниже температур плавления-затвердевания основной массы металла.

Введение таких элементов в С. М., наоборот, повышает их прочность и облегчает их изготовление, способствуя снижению температуры спекания. Так, в литых сплавах на железной основе фосфор — нежелательная примесь, допустимая в количестве не более 0,1%. В С. М. На железной основе, напротив, фосфор — легирующая добавка, которую специально вводят в количестве 0,3—0,6% для повышения механических свойств деталей и снижения себестоимости изделий (вследствие образования жидкой фазы и уменьшения температуры спекания). Специфическая для С. М. На железной основе добавка — медь (1—20%), способствующая благодаря образованию жидкой фазы при спекании повышению свойств и удешевлению спекания. Обычно компактные (беспористые) С. М. Имеют такие же физические и механические свойства, как и литые (деформированные и отожжённые) металлы.

В таблице приведена в зависимости от пористости достижимая величина свойств пористых С. М. (модуль упругости Е, коэффициент Пуассона υ, предел прочности при растяжении σв, электропроводность λ, теплопроводность λТ) по отношению к соответствующим свойствам компактного металла (Ек, υk, σвк, λк, λТк). Влияние пористости на некоторые свойства спечённых материалов ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ | Пористость, % | ЕЕ/κ | ν/νκ | σв/σвк | λ/λk  | λΤ/λΤk | |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 0  | 1 | 1 | 1  | 1  | 1  | | 5  | 0,88  | 0,95 | 0,88 | 0,93 | 0,93 | | 10 | 0,73  | 0,90 | 0,73 | 0,81 | 0,81 | | 20 | 0,51  | 0,80 | 0,51 | 0,64 | 0,64 | | 30 | 0,34  | 0,70 | 0,34 | 0,49 | 0,49 | | 40 | 0,21  | 0,60 | 0,21 | 0,36 | 0,36 | | 50 | 0,12  | 0,50 | 0,12 | 0,25 | 0,25 | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ По сравнению со всеми др.

Методами получения деталей — литьём, обработкой давлением, резанием и т. Д., изготовление изделий из С. М. Требует наименьших затрат рабочего времени, заводских площадей, оборудования. Имеются следующие ограничения применения С. М. 1) наибольший экономический эффект С. М. Дают при достаточно массовом выпуске деталей. Это связано с необходимостью изготовления индивидуальных приспособлений (прессформ) для каждого вида деталей. Отчасти это ограничение имеет временный характер. При развитии новых методов формования С. М. Оно может в известной степени отпасть. 2) дороговизна исходных порошков. Это также временно действующий фактор. С увеличением масштаба выпуска и совершенствованием методов изготовления порошков их стоимость будет уменьшаться.

3) необходимость получения достаточно чистых исходных металлических порошков, в особенности железа и его сплавов, т. К. С. М. Не могут быть эффективно очищены от примесей, находящихся в исходных материалах. Это ограничение постепенно теряет своё значение. Налажено массовое производство чистых порошков распылением расплавленного железа. Специфические меры по консервации и хранению деталей и полуфабрикатов (пропитка деталей маслом или парафином) необходимы только для пористых С. М. Лит. Вязников Н. Ф., Ермаков С. С., Металлокерамические материалы и изделия, 2 изд., Л., 1967. Кипарисов С. С., Либенсон Г. А., Порошковая металлургия, М., 1972. Бальшин М. Ю., Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна, М., 1972. М.

Ю. Бальшин.