Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (Третьяков Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов), страница 36

Так, одна операция обжима может заменитьтри–четыре операции вытяжки. Коэффициент использования материала повышается с 0,6…0,7 при использовании листовой заготовки до 0,9…0,95 при штамповке трубной заготовки.Вопросы для самоконтроля1. Назовите основные разделительные и формоизменяющиеоперации листовой штамповки. Какие виды первичных заготовок,машины и инструменты применяют при этом виде обработки давлением?2.

Сформулируйте условия качественного выполнения операций листовой штамповки. Какие требования предъявляют к свойствам исходных заготовок, подвергаемых разделительным операциям?3. Какие условия необходимы для выполнения формоизменяющих операций листовой штамповки на примере технологической операции вытяжки?4. Сформулируйте общие технологические требования к конструкции изделий, получаемых листовой штамповкой.5.

Какие факторы влияют на технологичность изделий и деталей, получаемых с использованием операции гибки? Приведитепримеры технологичных конструкций.2076. Какие факторы влияют на технологичность полых оболочек,получаемых формоизменяющими операциями? Приведите примеры технологичных конструкций.7. Сравните значения твердости в дне и на боковой поверхностицилиндрической оболочки, полученной операцией вытяжки безутонения исходной заготовки (s = 1 мм).8. Какая из двух цилиндрических оболочек равного объемадиаметром 120 и 100 мм технологичнее?208Лекция № 20. КОНСТРУИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕЗАГОТОВОК МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИЭта лекция посвящена рассмотрению физико-механическихоснов технологических процессов получения заготовок методамипорошковой металлургии и проектированию технологичных изделий с учетом особенностей прессования и спекания порошков.20.1. Особенности получения заготовокПроизводство заготовок методами порошковой металлургии(МПМ) включает: подготовку порошковых материалов; формование (прессование) изделий необходимой формы в специальныхпресс-формах и термическую обработку (спекание) спрессованныхзаготовок.

Иногда операции формования и спекания совмещают(горячее прессование).В процессе изготовления деталей МПМ совмещаются процессы получения конструкционных материалов и формообразованиязаготовок. При этом получаемые изделия подвергаются незначительной механической обработке резанием.В зависимости от условий эксплуатации изделия, изготавливаемые МПМ, подразделяют на две группы:− детали из углеродистых, л егированных сталей, чугунов ицветных сплавов, которые заменяют изделия, получаемые по традиционной технологии (литьем, обработкой давлением);− детали со специальными с войствами (магнитными, теплофизическими, антифрикционными или фрикционными и др.).Изделия, изготавливаемые МПМ, обладают пористостью, значение которой может изменяться от 25 до 2 %. При этом механические свойства (предел прочности и пластичность) изделий повышаются с уменьшением пористости.

Для получения изделий схорошими механическими свойствами используют более сложныетехнологические процессы, включающие двойное (тройное) прессование порошка, калибровку, горячее прессование и т. д.20920.2. Физико-механические основыпрессования и спекания порошковПри формовании порошков стремятся к достижению однородного уплотнения заготовки по всему объему, минимальной илизаданной пористости спеченного изделия и пр.Остаточная пористость в порошковых деталях, изготовленныххолодным формованием традиционными методами (прессованием,прокаткой, изостатическим прессованием) и спеканием, составляет13…15 %.

При горячем формовании порошковых заготовок остаточная пористость практически отсутствует, однако высокая прочность металлических изделий не достигается, поскольку частицыпорошка покрыты оксидной пленкой, что затрудняет диффузионные процессы между ними. Горячее формование применяют приизготовлении изделий на основе неметаллических порошков и ихкомпозиций, например феррито-керамических деталей со специальными свойствами.При уплотнении порошка по схеме одностороннего или двухстороннего формования в закрытой матрице (рис. 20.1) частицынезначительно перемещаются друг относительно друга в радиальном направлении. При этом происходит лишь осадка частиц с заполнением пустот, образованных при засыпке. В местах взаимногоконтакта частиц возникают в основном нормальные напряжения, адоля касательных напряжений незначительна.

Поэтому оксиднаяпленка на поверхности частиц не разрушается, а формоизменяетсяс материалом частиц.Для получения высокоплотных деталей непосредственно изпорошковой шихты необходимо осуществлять деформирование вусловиях, при которых в заготовке происходят интенсивные сдвиги между частицами. В этих условиях возрастает поверхность частиц, свободных от оксидных пленок, лучше заполняются порымежду частицами и улучшается прохождение диффузионных процессов при спекании.Спекание частиц происходит в большинстве случаев при температуре 0,75…0,8 от их абсолютной температуры плавления взащитной атмосфере.

Этот процесс, как правило, сопровождаетсяувеличением поверхности контакта между частицами и соответствующим ростом прочности. С повышением давления при формовании порошка и температуры спекания время процессауменьшается благодаря возрастанию скорости диффузии на границе контакта частиц.210абРис. 20.1. Схемы одностороннего (а)и двустороннего (б) холодного прессования:1 – пуансон; 2 – пресс-форма; 3 – порошокПосле спекания заготовка представляет собой компактное тело, имеющее остаточную пористость. Такая заготовка в некоторыхслучаях может быть подвергнута последующей холодной штамповке выдавливанием с последующей термической обработкой взащитной атмосфере для повышения механических свойств.Преимуществом производства заготовок МПМ является возможность получения:− изделий из разнородных по рошков (медь-вольфрам, железографит и др.);− пористых изделий (фильтр оэлементов, самосмазывающихсяподшипников и др.);− изделий, требующих мини мального объема механическойобработки резанием для получения деталей с заданной точностьюи качеством поверхностного слоя.К недостаткам получения заготовок относят:− ограниченность размеров п олучаемых деталей;− остаточную пористость из делий, условия работы которыхсвязаны с воздействием динамических напряжений большой интенсивности;211− высокую стоимость порош ков (примерно в 3 раза дорожетрадиционных сталей того же химического состава).Типовыми деталями, изготовляемыми из порошковых заготовок, являются шестерни, кулачки, звездочки, шайбы, заглушки,гайки, втулки, фланцы и пр.Промышленность выпускает железный, медный, никелевый,хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый и другие металлические порошки, способы получения которых условно разделяют на механические и физико-химические.Наиболее широкое применение получил способ механическогоизмельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.

д.).Размолом изготавливают порошки из сплавов строго заданногохимического состава. К недостаткам механического измельченияследует отнести высокую стоимость порошков, так как в нее входит стоимость исходных металлов и сплавов.К физико-химическим способам относят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья или его агрегатного состояния. Эти способы получения порошков более универсальны иэкономичны. Почти половину всего порошка железа получаютвосстановлением руды и окалины.

При производстве порошковлегированной стали широко применяют распыление расплавовводой или инертными газами под давлением.Традиционно для получения деталей МПМ используют порошки с размерами частиц от 400 до 40 мкм. Для некоторых специальных изделий необходимы тонкие порошки с частицами от 2до 0,1 мкм.

Это обусловливает переход от механических способовполучения порошков к химическим и электрохимическим методам(восстановление в газовой и жидкой фазах, электролиз).Поведение порошков при формовании и спекании зависит отхимического состава, размера, формы частиц, микротвердости иудельной плотности, насыпной массы, текучести, прессуемости испекаемости.Для маркировки порошковых конструкционных материалов нажелезной основе разработана система, в которой использованыпринципы действующей маркировки сталей, производимых традиционными методами.

Марку порошкового конструкционногоматериала характеризуют буквенные индексы и цифры. Перваябуква С указывает на класс материала (сталь), вторая буква П – наметод производства (порошковая). После буквы П записываютсреднее содержание углерода в сотых долях процента. Символылегирующих элементов следуют за цифрой, указывающей среднее212содержание углерода. Цифры, идущие за символами элемента, указывают его содержание в процентах (при содержании менее 1 %цифру не ставят).