MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

Metalurgia proszków jest dziedziną techniki, obejmującą metody wytwarzania proszków metali lub ich mieszanin z proszkami niemetali oraz otrzymywania wyrobów z tych proszków bez konieczności roztapiania głównego składnika.

Etapy procesu:Wytwarzanie proszków metalu lub mieszaniny proszków

różnych materiałówPrzygotowanie proszkuFormowanie proszku na zimnoSpiekanie Obróbka końcowa, np. obróbka cieplna, obróbka plastyczna,

skrawanie

WYTWARZANIE PROSZKÓW

Metody mechaniczne – z fazy stałej

• Rozdrabnianie w młynach kulowych, wibracyjnych lub wirowo-udarowych (proszek Hametag)

• Mało wydajne i stosowane głównie do rozdrabniania materiałów kruchych

• Proszki zanieczyszczone materiałem elementów rozdrabniających

Metoda mechaniczna – z fazy ciekłej

Metody fizykochemiczne

• Metoda karbonylkowa: wytworzenie np. Fe(CO)5 w wyniku działania CO na rudę lub złom i jego rozkład na czysty metal poprzez ogrzanie karbonylku (ciecz) powyżej temperatury wrzenia

• Redukcja tlenków lub soli metali wysokotopliwych np. w atmosferze wodoru

• Elektrolityczna: wydzielanie metalu na katodzie• Odparowanie i kondensacja proszków metali o niskiej

temperaturze wrzenia

Przykłady kształtów proszków metali: Hametag – rozdrabnianie mechaniczne w młynach, RZ – proszek rozpylany i poddany utlenianiu lub redukcji, Redukowany – proszek metalu trudnotopliwego otrzymany przez redukcję tlenków lub soli metalu, karbonylkowy, np. Fe(CO)5, otrzymany w wyniku działania tlenku węgla na rudę lub złom metalu

PRZYGOTOWANIE PROSZKU

1. Ocena ziarnistości na drodze analizy sitowej i selekcja ziaren(W metalurgii proszków zastosowanie znajdują proszki o wielkości ziarna od 0,1 do 400 µm. Proszek powinien odznaczać się ziarnem możliwie jednakowej wielkości)

2. Oczyszczanie, np. usuwanie produktów korozji przy zastosowaniu wyżarzania w wodorze w temperaturze 400-800ºC

3. Mielenie w celu nadania ziarnom korzystniejszego kształtu, a przez to uzyskanie większej gęstości spieku

4. Mieszanie zapewniające dobrą jednorodność mieszaninie proszków

FORMOWANIE PROSZKU

Formowanie proszku polega na poddaniu proszku ściskaniu w zamkniętej przestrzeni, w wyniku czego następuje jego zagęszczenie.

Metody formowania na zimno obejmują m.in.:

prasowanie w zamkniętych matrycach,

prasowanie w komorach wysokociśnieniowych,

wibracyjne zagęszczanie proszków,

walcowanie proszków,

kucie proszków

Schemat prasowania jednostronnego proszków: 1 – stempel górny, 2 – matryca, 3 – proszek, 4 – stempel dolny

W wyniku formowania uzyskuje się formówki, np. wypraski, odkuwki, walcówki

SPIEKANIE

Spiekanie jest operacją technologiczną, której poddaje się formówkę lub luźno zasypane ziarna proszku, polegającą na złączeniu poszczególnych ziaren proszku w wyrób o określonych właściwościach mechanicznych i fizykochemicznych, w wyniku wygrzewania w temperaturze niższej od temperatury topnienia głównego składnika. Spiekanie może przebiegać jako:

swobodne,

pod działaniem siły, tj. połączone z formowaniem zapewniającym określony kształt , np. w wyniku prasowania, walcowania i kucia proszków na gorąco.

Uproszczony schemat produkcji masowej wyrobów spiekanych z żelaza i stali: a) wytwarzanie proszków, b) przygotowanie proszków, c) formowanie wstępne i spiekanie, d) obróbka końcowa

Wyroby spiekane:

Wyroby porowate, np. łożyska ślizgowe, filtry

Wyroby o złożonym kształcie, np. małe koła zębate, dźwignie, krzywki

Wyroby bardzo twarde, np. ogniotrwałe, wykonane z tlenków, węglików, azotków: elementy grzejne, świece do silników spalinowych, tygle do topienia metali

Kompozyty, których nie można wytworzyć innąmetodą, np. szczotki do silników elektrycznych (Cu + grafit)

Zalety metod metalurgii proszków:brak odpadówograniczenie obróbki skrawaniemmożliwy jest złożony kształt wyrobówdowolny skład chemiczny wyrobówkrótki cykl produkcyjny

Wady metod metalurgii proszków: niska wytrzymałość wyrobówwysoki koszt produkcjimałe wymiary wyrobówograniczone możliwości konstrukcji matryc (kształtu

wyrobów)