Металлокерамика

Министерство образования  и науки РФ

Волжский институт строительства  и технологий

(филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

Высшего профессионального  образования

Волгоградский государственный  архитектурно-строительный университет

 

Кафедра ТПМ

 

Курсовая работа

по дисциплине «Технологии  и оборудование производства технической  керамики»

 

на тему: «Металлокерамика»

 

 

                                                                                      Выполнил:

студент гр. ПМКМП 1-09

                                                   Жарков  Е.А.

                                              Проверила:

                                               Пушкарская  О.Ю.

                                    

Волжский  2013

Оглавление

Введение 2

1. Основы  порошковой металлургии 4

1.1 Способы  получения и технологические  свойства порошков 4

1.2 Металлокерамические  материалы 6

2. Изготовление  металлокерамических деталей 10

2.1 Приготовление  смеси 10

2.2 Способы  формообразования заготовок и  деталей 11

2.3 Спекание  и окончательная обработка заготовок 15

Применение 17

Заключение 20

Список использованной литературы 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Порошки металлов применяли  и в древнейшие времена. Порошки  меди, серебра и золота применяли  в красках для декоративных целей  в керамике, живописи во все известные  времена. При раскопках найдены  орудия из железа древних египтян (за 3000 лет до нашей эры), знаменитый памятник из железа в Дели относится  и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно способов получения высоких  температур (около 1600-1800 С). Указанные  предметы из железа были изготовлены  кричным методом: сначала в горнах при температуре 1000 С, восстановлением железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, а завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости.

Активно разрабатывались  и другие материалы - фрикционные, уплотнительные, износостойкие, магнитные, фильтровые, инструментальные, волокновые, дисперсно-упрочненные. Созданы ряд материалов, изготавливаемых методами прокатки - токосъемные пластины, электродные ленты, биметаллическая проволока и другие биметаллические и триметаллические материалы.

Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции:

– получение порошка исходного  материала;

– формование заготовок;

– спекание;

– окончательную обработку.

Каждая из указанных операций оказывает значительное влияние  на формирование свойств готового изделия.

Теоретические, методологические и практические вопросы  получения металлокерамики являются предметом исследования как отечественных, так и зарубежных ученых.

Актуальность и не достаточная  степень разработанности проблемы определили цель и задачи исследовательской  работы.

Цель работы – исследование процесса получения металлокерамики.

Задачи работы:

• определить сущность и содержание металлокерамики;
• исследовать способы получения металлокерамики.

Объект исследования – процесс получения металлокерамики.

Теоретической и методологической основой исследования послужили  фундаментальные концепции и  гипотезы, представленные в классической и современной мировой и отечественной  науке по исследуемой проблеме.

Эмпирической базой исследования явились законодательные и нормативные акты, результаты эмпирических исследований, проведенных российскими учеными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основы порошковой  металлургии

1.1 Способы получения  и технологические свойства порошков

 

Металлокерамика, или порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Сущность порошковой металлургии заключается в том, что из металлического порошка или  смеси порошков прессуют заготовки, которые затем подвергают термической  обработке - спеканию.

Порошковой металлургией можно получать детали из особо тугоплавких  металлов, из нерастворимых друг в  друге металлов (вольфрам и медь, железо и свинец и т. д.), пористые материалы и детали из них, детали, состоящие из двух (биметаллы) или  нескольких слоев различных металлов и сплавов.

Металлические порошки состоят  из очень мелких частиц (0,5-500 мкм) различных  металлов и их окислов. Порошки получают механическим и физико-химическим путем.

Для механического измельчения  твердых и хрупких материалов применяют шаровые, вибрационные мельницы и бегуны. Порошки из пластичных и легкоплавких металлов и сплавов  получают различными способами, основанными  на раздуве жидкого материала  струей воды или газа. Механическим путем, как правило, получают порошки  из отходов основного производства[1, c.23].

К физико-химическим способам получения порошков относят восстановление окислов металлов, электролиз и др.

Окислы металлов можно  восстанавливать газообразными  или твердыми восстановителями. Наибольшее практическое применение нашли газообразные углеродистые и углеводородистые соединения (природный газ, доменный, углекислый газ) и водород. Электролизом водных растворов солей получают тонкие и чистые порошки различных металлов и сплавов. Порошки из редких металлов (тантала, циркония, титана и др.) получают электролизом расплавленных солей. Режимы и технология изготовления порошков физико-химическим путем приведены в справочной литературе.

Основными технологическими свойствами порошков являются текучесть, прессуемость и спекаемость.

Текучесть - способность порошка заполнять форму. Текучесть ухудшается с уменьшением размеров частиц порошка и повышением влажности. Количественной оценкой текучести является скорость вытекания порошка через отверстие диаметром 1,5-4,0 мм в секунду.

Прессуемость характеризуется способностью порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Прессуемость порошка зависит от пластичности материала частиц, их размеров и формы и повышается с введением в его состав поверхностно-активных веществ.

Под спекаемостъю понимают прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

Порошковая металлургия  находит широчайшее применение для  различных условий работы деталей  изделий. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы[2, c. 78].

Основные преимущества использования  порошковой металлургии:

- снижает затраты на  дальнейшую механическую обработку,  которая может быть исключена  или существенно уменьшена. Получает  готовое изделие точное по  форме и размерам. Обеспечивает  высокое качество поверхности  изделия. 

- использует энерго и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания.

- позволяет получать изделия  с уникальными свойствами, используя  многокомпонентные смеси, объединяя  металлические и не металлические  компоненты. Изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью; Подшипники скольжения с эффектом  самосмазывания.

- получает более высокие  экономические, технические и  эксплуатационные характеристики  изделий по сравнению с традиционными  технологиями.

- упрощает зачастую изготовление  изделий сложной формы.

- обеспечивает прецизионное  производство. Соответствие размеров  в серии изделий.

1.2 Металлокерамические  материалы

 

Порошковой металлургией получают различные конструкционные  материалы для изготовления заготовок  и готовых деталей. Большое применение находят материалы со специальными свойствами.

Из антифрикционных металлокерамических  материалов изготовляют подшипники скольжения для различных отраслей промышленности. В антифрикционных  материалах с пористостью 10-35% металлическая  основа является твердой составляющей, а поры, заполняемые маслом, графитом или пластмассой, выполняют роль мягкой составляющей. Пропитанные маслом пористые подшипники способны работать без дополнительной смазки в течение нескольких месяцев, а подшипники со специальными «карманами» для запаса масла - в течение 2-3 лет. Во время работы подшипника масло нагревается, вытесняется из пор, образуя смазочную пленку па трущихся поверхностях. Такие подшипники широко применяют в машинах для пищевой промышленности, где попадание смазки в продукцию недопустимо.

Для пористых антифрикционных  материалов используют железо-графитовые, железо-медно-графитовые, бронзо-графитовые, алюминиево-медно-графитовые и другие композиции. Процентный состав этих композиций зависит от эксплуатационных требований, предъявляемых к конструкциям деталей.

Фрикционные материалы представляют собой сложные композиции на медной или железной основе. Коэффициент  трения можно повысить добавкой асбеста, карбидов тугоплавких металлов и  различных окислов. Для уменьшения износа в композиции вводят графит или свинец. Фрикционные материалы  обычно применяют в виде биметаллических  элементов, состоящих из фрикционного слоя, спеченного под давлением с  основой (лентой или диском).

Коэффициент трения по чугуну без смазки для фрикционных материалов на железной основе 0,4-0,6. Они способны выдерживать температуру в зоне трения до 500-600° С. Применяют фрикционные  материалы в тормозных узлах  и узлах сцепления (в самолетостроении, автомобилестроении и т. д.).

Из высокопористых материалов изготовляют фильтры и другие детали. В зависимости от назначения фильтры выполняют из порошков коррозионно-стойкой  стали, алюминия, титана, бронзы и других материалов с пористостью до 50%. Металлические  высокопористые материалы получают спеканием порошков без предварительного прессования или прокаткой их между вращающимися валками при  производстве пористых лент. В порошки  добавляй вещества, выделяющие газы при  спекании.

Металлокерамические твердые  сплавы характеризуются высокой  твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Поэтому, из них изготовляют режущий  и буровой инструменты, а также  наносят на поверхность быстроизнашивающихся деталей и т.д.

Основой изготовления твердых  сплавов являются порошки карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC). В качестве связующего материала применяют кобальт. Процентное соотношение указанных материалов выбирают в зависимости от их назначения

Порошковой металлургией изготовляют алмазно-металлические  материалы, характеризующиеся высокими режущими свойствами. В качестве связующего для алмазных порошков применяют металлические порошки (медные, никелевые и др.) или сплавы. Наибольшей твердостью характеризуются материалы из карбидов бора (эльбор).

Из жаропрочных и жаростойких  материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Эти  материалы должны иметь высокую  жаропрочность, стойкость против ползучести и окисления. Металлические сплавы на основе никеля, титана, тантала, вольфрама  и других элементов отвечают этим требованиям при работе до температур 850-900° С.

При более высоких температурах (до 3000° С) можно использовать тугоплавкие  и твердые соединения типа окислов, карбидов, боридов и др. Однако эти  материалы имеют высокую хрупкость  и поэтому в чистом виде не могут  быть использованы в качестве конструкционных  материалов для изготовления различных  деталей [3, c.52].

Применение порошковой металлургии  позволяет повысить пластичность этих хрупких тугоплавких соединений. В качестве металлической связки выбирают металлы и сплавы, жаропрочность  которых близка жаропрочности тугоплавких  соединений. Они должны не образовывать химических соединений, быть мало растворимыми в тугоплавких соединениях, а также иметь близкие значения коэффициентов линейного расширения, теплопроводности и модуля упругости.

Технология изготовления жаропрочных конструкционных материалов характеризуется отдельными специфическими особенностями.