Ручная обработка изделий

Формование

Приготовление шликера

Приготовление шликера идёт в три фазы:

1. Первая фаза: помол полевого шпата и песка (помол ведётся от 10 до 12 часов);
2. В первую фазу добавляется глина;
3. Во вторую фазу добавляется каолин. Готовый шликер сливается в ёмкости и выдерживается.

Транспортировка из сырьевого склада производится при помощи погрузчика в приёмные бункера. Откуда по конвейеру отправляется либо в шаровую мельницу (для помола), либо в турборастворители (для роспуска глины и каолина)

Участок по приготовлению глазури

Глазури — глянцевидные сплавы, расплавляющиеся на глиняном черепке слоем толщиной 0,12 — 0,40 мм. Глазурь наносится, чтобы прикрыть черепок изделия плотным и гладким слоем, а также для придания изделию с плотным черепком повышенной прочности и привлекательного внешнего вида, для гарантии диэлектрических свойств и защиты декора от механических и химических воздействий.

В состав глазури входит тонко измельчённый циркон, мел, белила. В одну из определяемых технологом ёмкостей загружается готовая глазурь. Её пропускают несколько раз через вибросита и магнитноуловители для извлечения металлических примесей, наличие которых в глазури может повлечь за собой образование дефектов в ходе производства. В состав добавляется клей, и глазурь отправляется на линию.

Перед формовкой шликер загружается в одну из ёмкостей. Три ёмкости используются поочерёдно (меняясь примерно раз в сутки) для определённого стенда. Форму предварительно отчищают от остатков шликера после предыдущей формовки, обрабатывают шликерной водой и просушивают.

Шликер заливают в просушенные формы. Формы рассчитаны на 80 заливок. При формовании используется наливной способ. Форма впитывает в себя часть воды, и объём шликера уменьшается. В форму доливают шликер для поддержания требуемого объема.

После затвердевания изделия просушиваются, производится первичная отбраковка изделий (трещины, деформации).

После формования изделия поступают в цех ручной обработки.

После нанесения глазури изделие отправляется на обжиг в печь. Печь укомплектована модулем предварительной сушки, камерами обеспыливания и обдува. Термическая обработка ведётся при температуре 1230 градусов, длина печи составляет порядка 89 метров. Цикл от погрузки до разгрузки вагонетки составляет около полутора суток. Обжиг изделий в печи проходит в продолжение суток.

После обжига проводят сортировку: разделение на группы подобных изделий, выявление дефектов. Если дефекты устранимы, то они отправляются на доработку и удаляются вручную на участке реставрации. В противном случае изделие считается бракованным.

Современное состояние и перспективы развития порошковой металлургии. ГОСТ на термины и определение в порошковой металлургии. Типовая технологическая схема производства заготовок и изделий методом порошковой металлургии. Общие сведения о металлических порошках, их свойствах и классификация методов их получения.

Некогда, с появлением доменного производства, о порошковой металлургии многие позабыли, однако в последние годы эта специфичная отрасль получает новое развитие – детали и изделия стали изготавливаться из специально приготовленных металлических порошков, спрессовываемых в формах под давлением, а затем (или одновременно с прессовкой) спекаемых при высокой температуре. Ведущие мировые страны, такие как США и Япония, ежегодно инвестируют и расширяют эту отрасль промышленности. Не последнее место порошковая металлургия занимает и в нашей стране. Производство железных порошков в России представлено в основном такими предприятиями, как Северсталь и Сулинский метзавод (входит в группу МАИР), а цветное направление, т.е. выпуск медных, алюминиевых и других порошков и изделий из них, - СУАЛ-ПМ (СУАЛ – Холдинг), Уралэлектромедью (УГМК), Волгоградским и Богословским АЗ (СУАЛ-Холдинг), Полемой и др. Например, устойчивый спрос на изделия из медных порошков наблюдается сегодня в машиностроении, автомобилестроении, электротехнической промышленности, производстве нефтегазового оборудования, запорной арматуры и бытовой техники. По прогнозам его ёмкость очень высокая – около 8 тыс. тонн в год. Пока в среднем производится и потребляется примерно 2,5 тыс. тонн. Но с учётом того, что Россия, вследствие высокой изношенности основных фондов, стоит на пороге «всеобщей технической модернизации» ёмкость перспективного рынка может оказаться и больше. Технологии порошковой металлургии сегодня находят широкое применение. С помощью её методов производят изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали (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. В настоящее время изготавливаются в промышленном масштабе порошки таких металлов, как железо и его сплавы, никель, медь, кобальт, алюминий, титан, олово, цинк, свинец, магний, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и др.

В Японии и США порошковая металлургия гораздо более развита чем, скажем. В России, тем не менее наши отечественные компании стали все активнее присматриваться к этой подотрасли. Так кА данные технологии имеют ряд довольно весомых преимуществ – это снижение затрат на дальнейшую мехобработку, которая может быть исключена или существенно уменьшена (получение готового изделия, точного по форме и размерам, обеспечение высокого качества поверхности изделия); использование энерго- и ресурсосберегающих технологий (уменьшение количества операций в технологической цепи изготовления продукта; применение более чем 97 % стартового сырья, реализация многих последующих сборочных этапов ещё на стадии спекания); возможность получения изделий с уникальными свойствами при использовании многокомпонентных смесей, объединении металлических и неметаллических компонентов (изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью, подшипники скольжения с эффектом самосмазывания); получение более высоких экономических, технических и эксплуатационных характеристик изделий по сравнению с традиционными технологиями; упрощение, зачастую изготовление изделий сложной формы; обеспечение прецизионного производства. Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет не только изготавливать изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или просто невозможно. У таких материалов можно выявить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повысить экономические показатели производства. При этом способе в большинстве случаев коэффициент использования материала составляет около 100%. Безотходность порошкового производства также является одним из плюсов – потери сырья составляют не более 5%.

У ПМ большая производительность (экономический эффект можно получить за счет полной автоматизации изготовления деталей на пресс-автоматах, а ещё лучше - на роторных линиях; простые детали можно прессовать в количестве свыше 5 тыс. штук в час). Но, пожалуй, одно из самых основных и немаловажных преимуществ порошковой металлургии–это экономия металла. При литье, мехобработке, вырубке из проката и прутковых заготовок коэффициент использования металла составляет от 30-60%, у изделий из порошков он достигает свыше 90%. Чем больше объём производимой продукции, тем выше экономия. Кроме сокращения прямых затрат на приобретение, транспортировку, складирование металла предприятие-потребитель избегает целого ряда косвенных издержек: снижается трудоёмкость непосредственного процесса производства, снимаются проблемы учёта, хранения, сдачи, охраны и вывоза отходов производства (лома). Учитывая, что металлургия весьма энергоёмкая отрасль, факт экономии топливно-энергетических, водных и других ресурсов - очевиден. В зависимости от сложности деталей перевод производства на порошковые изделия позволяет заказчику экономить до 15% затрат.

Поэтому сегодня порошковая металлургия прочно занимает свою индивидуальную рыночную нишу и в нашей стране, и за рубежом. Сегодня основная сфера потребления порошковых изделий – это машиностроение, автомобильная промышленность и оборонная промышленность. Именно от их развития зависит и дальнейшая жизнь этой специфической подотрасли. По стоимости порошковые изделия в 1,5 – 2 раза дешевле аналогичных деталей, полученных методом механообработки, а срок службы и коэффициент использования металла в них во столько же раз выше. Порошковые детали широко используются в мировой автомобилестроении. Например, масса деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, в каждом японском автомобиле составляет 15-18 кг, в европейском – 12 кг, а российском, например в продукции АвтоВАЗа, - около 8 кг. И это не случайно, ведь автопромышленная промышленность поглощает порядка 80% изделий порошковой металлургии.

В целом для порошковой металлургии сегодня характерно значительное расширение объемов производства общемашиностроительных материалов на основе железа, меди, алюминия. Например, в комбайнах завода Ростсельмаш «Нива» и «Дон» используется свыше 70 порошковых изделий общей и массой около 5 кг. Основным материалом для таких изделий является железный порошок, крупнейшими производителями которого в России являются Сулинский металлургический завод и Северсталь. В дальнейшем из его смеси с порошками меди (1,5 – 10%), графита (0,5 – 3%) и другими составляющими производится основная номенклатура антифрикционных и конструкционных изделий.

Понимая всю выгоду использования технологий порошковой металлургии, одни компании открывают у себя одноименные цеха, как, например, Уралэлектромедь, другие выделяют их в отдельную самостоятельную компанию, как сделал это СУАЛ- Холдинг, создав СУАЛ –ПМ. Что касается Уралэлектромеди, то не так давно руководство компании заявило о намерении в 2004-2005 гг. ввести в строй новый цех по производству порошковых изделий. Ежегодный рост объёмов производства и реализации продукции порошковой металлургии на ОАО «Уралэлектромедь» в отдельные периоды достигал 60%. Сейчас динамика роста, вследствие дефицита существующих мощностей несколько замедлилась.
Поэтому, исходя из общей стратегической линии ООО «УГМК-Холдинг» на производство продукции более высокой степени готовности, складывающейся конъюнктуры рынка и дефицита производственных мощностей, руководством компании было принято решение о строительстве в 2004 году на ОАО «Уралэлектромедь» цеха порошковой металлургии производительностью 2 тыс. тонн изделий в год. При этом объем реализации продукции планируется увеличить более, чем в 10 раз. По вопросам комплектации оборудованием в настоящее время ведутся переговоры с ведущими европейскими и восточно-азиатскими фирмами. Ввод объекта в эксплуатацию позволит организовать около 200 дополнительных рабочих мест. Кроме того, современное оборудование и технологические возможности цеха позволят улучшить качество, точность и свойства изделий относительно компактных материалов. По предварительным подсчётам капитальные затраты на реализацию проекта должны составить около 10 миллионов долларов США.
Вероятно, наиболее существенным критерием, по которому выбранная технология более предпочтительна по сравнению с такими технологиями получения готовой продукции машиностроения, как штамповка, литье (с последующей мехобработкой), мехобработка из проката, является выход исходного сырья в готовую продукцию. Если обычные технологии дают коэффициент использования материала (КИМ) от 30 до 70 %, то технология порошковой металлургии стабильно обеспечивает КИМ в 90% на изделиях любой конфигурации. Более полное использование исходного материала позволяет технологиям порошковой металлургии успешно конкурировать с другими технологиями по себестоимости продукции. Следовательно, производство изделий методом порошковой металлургии позволяет при соизмеримых ценах реализации получать большую прибыль по сравнению с теми же изделиями, но изготовленными по другой технологии. Например, предприятиями машиностроительного комплекса страны используется в год 70-90 тыс. т. медного проката, выпускаемого заводами ОЦМ, а потенциальный рынок изделий, изготовление которых возможно методом порошковой металлургии, оценивается в 8 тыс. т. Кроме того, в таких отраслях, как машиностроение и автомобилестроение, производство бытовой техники. Имеется устойчивая потребность в бронзовых и бронзографитовых антифрикционных изделиях, получение которых возможно только методом порошковой металлургии. Поэтому на Уралэлектромеди было принято решение о строительстве на существующих площадях предприятия цеха порошковой металлургии производительностью 2 тыс. т. высокорентабельных изделий в год. Организуемое производство полностью обеспечивается собственным медным электролитическим порошком, ресурсами общезаводской системы энергоснабжения и других коммуникаций.

Расконсервировал участок по производству порошков и Уралвагонзавод. В настоящее время цех полностью обеспечивает своей продукцией подразделения УВЗ, выпускающие специзделия, электрооборудование и товары народного потребления. Кроме того, Уралвагонзавод готовится к заключению договора на поставку данной продукции российским предприятиям, выпускающим электрооборудование. Несмотря на все плюсы порошковой металлургии, подобное производство имеется пока на немногих российских предприятиях. Специалисты называют порошковую металлургию технологией XXI века: она не дает отходов, экономит металл, снимает необходимость дополнительной механической обработки деталей, позволяет выполнять детали миниатюрных размеров с высокой точностью, дает возможность использовать в работе самые разные сочетания металлов, например железо и медь. Суть технологии – в спекании порошка металлов. В частности, для своего участка порошковой металлургии УВЗ закупил швейцарские обрабатывающие станки. Номенклатура изделий этого производства УВЗ пока небольшая и включает детали для специзделий, электрооборудования и товаров народного потребления. Ведутся испытания втулок, спроектированных и изготовленных для эластомерного поглощающего аппарата и тормозной системы полувагона. После их завершения начнется серийное производство. Если раньше подобные детали и комплектующие для изделий своего подвижного состава УВЗ закупал в Польше, то теперь сможет сам удовлетворять свои потребности и поставлять эту продукцию другим предприятиям. Планируется также предложить изделия участка порошковой металлургии предприятиям – производителям радио – и электротехники. Ещё одним из крупнейших в Европе предприятием, работающих в порошковой металлургии является Полема. По российским меркам предприятие это молодое и обреченное оставаться молодым – данная отрасль металлургии, продукция которой востребована буквально везде: от военно-промышленного комплекса до производства «ширпотреба» - считается наиболее наукоемкой и динамично развивающейся. На данный момент цех Волгоградского алюминиевого завода является самым мощным в России из всех порошковых цехов. Он обладает самой перспективной технологией производства порошков и пудр. На базе этого цеха отрабатывались все новейшие технологии, которые потом внедрялись в производство. Порошки и пудры Волгоградского АЗ уже зарекомендовали себя на отечественном и мировом рынках. Новая разработка пеноалюминий – открытие волгоградских порошковиков. Надо сказать, что попытки производить этот продукт предпринимались и в Канаде, и в США, однако, говорят, секретов технологии они так и не постигли. Только наши металлурги владеют тайной производства пеноалюминия.

Под термином «порошковая металлургия» в соответствии с ГОСТ 17359–82 принято понимать «область науки и техники, охватывающую область производства металлических порошков, а также изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками». Порошковая металлургия — один из наиболее прогрессивных процессов превращения металла в изделие, с помощью которого обеспечиваются свойства изделия, полученного традиционными методами, или свойства, которые не могут быть достигнуты при использовании иных технологических процессов.

Благодаря структурным особенностям продукты порошковой металлургии более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжения, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники. Однако эта отрасль имеет и свои минусы, тормозящие ее развитие: относительно высокая стоимость металлических порошков; необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии; трудность изготовления в некоторых случаях изделий и заготовок больших размеров; сложность получения металлов и сплавов в компактном состоянии; необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.

Но недостатки порошковой металлургии, да и её достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой порошковой металлургии, так и других отраслей промышленности, в частности машиностроения и автомобильная промышленность. По мере развития техники порошковая металлургия может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоевывать другие. Развитие дугового, электронно-лучевого, плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволило получать недостижимые прежде температуры, вследствие чего удельный вес порошковой металлургии в производстве несколько снизился. Вместе с тем прогресс в достижении высоких температур ликвидировал такие недостатки порошковой металлургии как, например, трудность приготовления порошков чистых металлов и сплавов: метод распыления дает возможность с достаточной полнотой и эффективностью удалить в шлак примеси и загрязнения, содержащиеся в металле до расплавления. Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких температурах в основном преодолены и трудности изготовления беспористых заготовок крупных размеров. Надо сказать, что применение методов порошковой металлургии, ее развитие имеют важное значение для сего мира. Неоспоримым доказательством полезности использования подобных технологий является то, что в период кризиса эти предприятия не только выжили, но и расширяют сегодня свое производство. С увеличением масштабов выпуска и совершенствования методов изготовления порошков решится такая проблема как дороговизна исходных материалов. При массовом производстве расходы, связанные с необходимостью изготовления индивидуальных приспособлений (пресс-форм) для каждого вида деталей, сократятся до минимума. По мнению многих экспертов, порошковая металлургия в ближайшем будущем станет основной базой развития металлургии специальных сталей и сплавов (жаропрочных, инструментальных, сверхпрочных, сверхпластичных и др.). В развитии порошковой металлургии (ПМ) последней чет­верти XX в. можно выделить несколько особенностей.

Во-первых, отчетливее стали проявляться такие преимущества изготовления материалов и изделий методами ПМ, как энергосберегающий и ресурсосберегающий их характер, а также экологические преи­мущества. Это прежде всего следует из интенсивного развития производства спеченных материалов для общего машиностроения.

Во-вторых, вследствие широких возможностей прогрессив­ных технологических приемов, постоянно обновляющихся, ПМ все больше увеличивает потенциальные ресурсы современных мате­риалов, что позволяет решать принципиально новые задачи, отве­чающие нуждам новейших разработок науки и техники. С одной стороны, расширяется спектр материалов, особые свойства кото­рых могут быть получены только методами ПМ, а с другой, ощу­щается отчетливый прогресс в физико-механических и эксплуата­ционных показателях практически всех видов спеченных мате­риалов.

В-третьих, наблюдаются новые аспекты применения ПМ, окрепли и наметились ее связи с другими технологическими на­правлениями и приемами—с техникой высокоэнергетических воз­действий (высокие давления, взрыв, плазма), с технологией по­крытий и др. Это расширяет возможности ПМ, делает ее более универсальной и неотъемлемой в современной технологии произ­водства.

В-четвертых, все ощутимее становится связь ПМ с естествен­ными науками, что находит отражение в высоком уровне иссле­дований, стремлении дать количественное и прогнозное описание явлений и процессов.

Конечно, отмеченные особенности не являются изолирован­ными, они тесно связаны и переплетаются одна с другой, отра­жают в определенной степени общие черты развития науки и тех­ники, а также вытекают из давно и хорошо известных преиму­ществ ПМ — возможностей изготавливать изделия с минимальными отходами и получать материалы, которые путем плавки изготовить трудно или невозможно. Рассмотрим эти особенности подробнее.

Эффективность методов порошковой металлургии. Порошки железа, алюминия, титана.

Складывающаяся в настоящее время острая нехватка энергети­ческих, сырьевых и людских ресурсов заставляет по-иному, более дифференцированно подходить к оценке экономичности, целесо­образности и перспективности того или иного технологического процесса. В этом отношении применение методов ПМ при изго­товлении изделий общего назначения, используемых в различных областях машиностроения (автотракторная и легкая промышлен­ность, сельхозмашиностроение и т. д.), в приборостроении, быто­вой и оргтехнике, приводит к существенному выигрышу по срав­нению с получением изделий традиционными способами—литьем с последующей механической обработкой.

Надежная информация об эффективности методов ПМ накоп­лена во многих странах. В СССР среднеотраслевой уровень эко­номии при переходе на изготовление каждой тысячи тонн изде­лий общемашиностроительного назначения методами ПМ состав­ляет для черных металлов 1,3 млн. руб. (при замене цветными металлами—2,3 млн. руб.); экономия металла достигает в среднем 1,5 тыс. т, высвобождается 80 металлообрабатывающих стан­ков, обслуживающий персонал уменьшается на 190 рабочих. Важной составляющей эффективности ПМ является экономия энергозатрат, которая по разным источникам колеблется от 30 до 60%. Так, по данным фирмы «Маnnеsmаn Demag», для пяти характерных изделий типа шестерен масляного насоса, сегмента коробки передач (масса 100—400 г, ежегодное произ­водство—десятки тысяч и миллионы штук) экономия стали со­ставляет от 40 до 90%, а экономия энергозатрат 40—60%. Для рулевого плато гидромотора (масса 550 г) потери материала при изготовлении резанием (18 операций) составляют 630 г; при про­изводстве этой детали методом порошковой металлургии тре­буется только 10 операций, потери составляют всего 30 г; энер­гозатраты на одну деталь в первом и втором случае соответ­ственно равны 4,714 и 2,53 кВт (экономия энергии около 46%). Замена литых деталей спеченными, как правило, тем выгодней, чем сложнее их форма, выше требования к точности изготовле­ния и дороже материал.

На снижение энергозатрат в процессах ПМ направлены и та­кие разработки, как совершенствование печных устройств для восстановления, отжига и спекания; применение азотных атмо­сфер при спекании; использование индукционного нагрева, позво­ляющего снизить длительность спекания. Индукционный нагрев, конечно, не может быть универсальным для всех: видов спекаемых материалов, однако для простых по форме электро­проводных изделий такой метод нагрева при спекании часто бывает достаточно эффективен; технология индукционного спека­ния поршневых колец реализована в промышленном масштабе, положительные результаты получены при спекании твердых сплавов типа ВК и ТТК.

Энерго- и ресурсосберегающий характер ПМ в достаточной степени соответствует общим тенденциям развития современной техники и является мощным стимулом расширения производства порошков. Это можно проследить на примере наиболее употреб­ляемого сырья—железного порошка. В табл. 1 приведены производственные мощности по выпуску железных порошков по со­стоянию на 1979—1980 гг.

Таблица 1

Установленные производственные мощности по изготовлению железного порошка

Регион	Производственные мощности, тыс. т, при изготовлении методами:
восстановления	распыления	итого
США и Канада
Западная Европа (капиталистиче­ ские страны)
Япония
Итого

На VI международной конференции по ПМ (июнь 1980 г., Вашингтон) суммарная производственная мощность США и Ка­нады оценивалась уже в 300 тыс. т с прогнозом 10%-ного еже­годного увеличения и достижением в 1985 г. ~460 тыс. тонн.

Реальный выпуск железного порошка по разным причинам колеблется в более низких пределах: для 1978—1979 гг. он со­ставил ~400 тыс. т. Для сравнения укажем, что в 1955 и 1970 гг. мировое производство железных порошков в капитали­стических странах составляло ~30 и ~220 тыс. тонн, т. е. темпы роста довольно внушительны и значительно опережают темпы развития производства чугуна и стали.

Параллельно с ростом объемов производства происходило не­прерывное совершенствование технологии и улучшение свойств выпускаемых порошков при конкуренции методов восстановле­ния и распыления. С конца 60-х годов производство распыленных железных порошков получает большое распространение в США, Японии, Канаде, ФРГ, Швеции. К 80-м годам количество восста­новленных и распыленных порошков было примерно одинаковым. Стабильные технологические свойства порошков (хорошая прессуемость и уплотняемость, повышенные насыпная плотность и текучесть, низкий уровень примесей) обеспечиваются как в ре­зультате применения качественного сырья, так и вследствие стро­гой регламентации технологических режимов изготовления. Высо­кое качество шведской железной руды (содержание железа >70%, небольшое количество серы, кремния и углерода), хорошо отлаженная технология восстановления, размола и дополнитель­ного отжига—все это обусловило заслуженную популярность восстановленных порошков фирмы «Ноgаnаs». Однако отсут­ствие в больших количествах рудного сырья и прокатной ока­лины необходимой кондиции сужает географию размещения про­изводств для получения восстановленных железных порошков. Значительно больше предприятий, работающих методами распы­ления, для осуществления которых требуется либо высокоуглеродистый чугун (распыление воздухом), либо малоуглеродистый скрап (распыление водой). Более перспективным считается рас­пыление водой под давлением.

В табл. 2 приведены свойства некоторых марок железного по­рошка различного происхождения. Для восстановленных порош­ков, как известно, характерны меньшие насыпная плотность и уплотняемость при прессовании, но лучшая формуемость; их ис­пользуют для изготовления как конструкционных, так и анти­фрикционных деталей. Фирма «Маnnesman Demag» рекламирует распыленный водой порошок WPL200, сочетающий в результате изменения формы частиц хорошую формуемость и высокую уплотняемость.

Методы восстановления и распыления дают возможность по­лучать порошки легированных сталей (известные марки типа «Distа1оу» и «Раsc», содержащие Ni, Сu, С, Мо, Р), что обес­печивает изготовление конструкционных материалов с прочностью после термообработки до ~800 МПа.

Стоимость и энергетические затраты производства восстанов­ленных и распыленных порошков (особенно в случае применения для последних жидкой стали из конвертера) находятся примерно на одном уровне поэтому определяющим при выборе ме­тода получения железного порошка является сырье.

В СССР до конца 70-х годов железный порошок изготавли­вали методом восстановления; на Броварском заводе порошковой металлургии освоено изготовление распыленных порошков. Зна­чительные мощности для производства порошков методом рас­пыления введены и на Сулинском металлургическом заводе. Это не значит, однако, что такие методы, как электро­лиз или восстановление хлоридов, бесперспективны. При надле­жащем аппаратурном оформлении, обеспечивающем надежную высокопроизводительную работу, эти методы могут получить достаточно широкое техническое применение, особенно, напри­мер, в случае переработки отходов или электролиза расплавлен­ных сред.

При обсуждении перспектив развития порошковой металлур­гии железа следует, конечно, иметь в виду и общие тенденции в развитии черной металлургии—интенсивный рост бескоксового производства стали и создание ядерно-металлургических ком­плексов. При применении достаточно чистых и высокообогащенных рудных концентратов и при широком использова­нии такого эффективного восстановителя, как водород, который предполагают получать электролизом воды или ее термохимиче­ским разложением, доля железных порошков, полученных вос­становлением, может повыситься. Кардинальным решением про­блемы было бы создание промышленных, надежных при длитель­ной эксплуатации высокотемпературных атомных реакторов с гелиевым охлаждением (ВТГР).

Наконец, наряду с многосторонней эффективностью ПМ сле­дует отметить и экологическую сторону вопроса. Существенно меньшие потери материалов при использовании методов ПМ по сравнению с традиционными методами производства соответ­ствуют современным принципам создания малоотходных процес­сов. В то же время в производстве непосредственно порошков как в металлургических, так и в химико-технологических циклах предстоит многое сделать для улучшения условий труда (повы­шения их гигиеничности). Но преимущества методов ПМ прояв­ляются и в возможности эффективной утилизации отходов. Пере­работке стружки легированных сталей (в частности, быстрорежу­щих), титана и его сплавов, шламов, образующихся при шлифовке и опиловке; а также других отходов металлообрабатываю­щей промышленности посвящены многие разработки, проводимые в СССР, США, Японии, Великобритании и частично реализован­ные на практике. Это перспективное направление позволит не только повысить коэффициент использования металла, но и расширить сырьевую базу ПМ, будет способствовать экономии энергоресурсов и охране окружающей среды. Основной задачей, которую в этом случае предстоит решить, является обеспечение стабильности физико-механических и эксплуатационных свойств изделий, которые изготавливаются из порошков, полученных в ре­зультате переработки отходов.

В 80-х годах должно существенно возрасти промышленное производство порошков алюминия, титана и их сплавов для из­готовления конструкционных материалов. Прекрасные антикор­розионные и удельные прочностные характеристики этих метал­лов в сочетании с эффективностью методов ПМ весьма привле­кательны для изготовления современных транспортных устройств и применения в других областях техники.

Порошки алюминия и его гранулы (диаметром 1—4 мм) про­изводятся в больших масштабах и в настоящее время. Однако их применяют в пиротехнике, лакокрасочной промышленности, по­лиграфии и с недавних пор при изготовлении гранулируемых алюминиевых сплавов. Производство спеченных изделий из алю­миния и его сплавов составляет ~2 % от мирового выпуска. Исследовательские разработки привели к созданию ряда новых распыленных порошков алюминиевых сплавов. Содержание кислорода в порошках не превышает 0,5 % (по массе); наличие легирующих элементов (Мg, Cu, Si) обеспечи­вает более полное уплотнение при спекании вследствие образо­вания жидкой фазы и дает возможность проводить термообра­ботку, до прочности 300—400 МПа. Следует также иметь в виду, что конкуренция между спеченными конструкционными материалами на основе алюминиевых сплавов и полученными литьем под давлением, а также другими методами, гораздо ос­новательнее, чем в случае материалов на основе железа.

Порошковая металлургия титана в этом отношении нахо­дится в более предпочтительном положении, поскольку стоимость сырья довольно высока и традиционные технологические приемы характеризуются низким коэффициентом использования металла (до 20%), а применение методов ПМ позволяет повысить этот показатель до 60—80%. К настоящему времени раз­работаны промышленные методы получения порошков титана и его сплавов путем восстановления, электролиза и распыления. Для изготовления конструкционных изделий, применяемых в авиа­ции, автомобильной промышленности, судостроении, метод рас­пыления представляется более универсальным и обеспечивающим при надлежащем аппаратурном оформлении высокое качество по­рошков, широкую номенклатуру легированных сплавов и низкое содержание примесей. Метод вращающегося электрода в этом отношении уступает электронно-лучевому распылению, разрабо­танному фирмой «Leybold-Неrаеus» несколько лет назад и со­стоящему в так называемом двухступенчатом диспергировании (электронный луч оплавляет медленно вращающийся электрод, с которого стекают капли, распыляемые на быстро вращающемся диске).

Представляют интерес стоимость порошка титанового сплава Т1 — 6 % А1 — 4 % V (типа ВТ6), полученного методом электрон­нолучевого распыления (табл. 3).

Таблица.

Стоимость распыленного порошка сплава типа ВТ6

Годовая произво­дительность, т (часовая производительность, кг)	Стоимость 1 кг порошка при цене за 1 кг титановой губки, марки (ФРГ)
20(5,6)	100,5	110,5	120,5
50(15,8)
100(31,6)	39,5	49,5	59,5
500(162,3) 1000(328,9)	25 23	35 33	45 43

По данным, стоимость 1 кг порошка на мировом рынке в 1980 г. составляла 150—180 марок ФРГ, а цена 1 кг сплава в виде прокованных прутков—120 марок ФРГ. Эконо­мически оправданными считаются установки, вырабатывающие по крайней мере 50—100 т порошка в год. По статическим механи­ческим свойствам спеченные титановые сплавы не уступают, а иногда даже превосходят литые сплавы, однако достижение высоких усталостных характеристик все еще нетривиально для технологов и материаловедов.

Прогресс в свойствах спеченных материалов и технологии их получения

Большое число методов ПМ, их гибкость и возможности наряду с отмеченными ранее преимуществами способствуют расширению сортамента спеченных материалов и их совершенствованию.

По данным работы, увеличение прочности общемашино­строительных спеченных конструкционных материалов, освоен­ных промышленностью, может быть представлено следующими данными:

Год.. 1940 1950 1960 1970 1980 1990

МПа.. 200—250 250-400 400-500 600-800 800—1000 ~1200

Эти показатели относятся к нетермообработанным материа­лам и отражают, с одной стороны, достижения в применении по­рошков легированных сталей, а с другой, подтверждают совер­шенствование техники прессования и спекания и использование ковки спеченных заготовок. Помимо указанных ранее восстанов­ленных и распыленных легированных порошков типа «Distalоу» и «Раsc» (фирма «Ноganas»), следует отметить также и дру­гие промышленные методы изготовления порошковых легирован­ных сталей: метод термодиффузионного насыщения из точечных источников, восстановление смеси оксидов гидридом каль­ция и применение лигатурных порошков. Однако первые два метода применяются в основном для изготовления коррозионностойких деталей, а использование смесей железного порошка с 1—2% лигатур, содержащих Мn, Сг, Мо, С, V, дает возможность с помощью двукратного прессования и спекания или горячей ковки получить прочность до 700—1000 МПа, а после термообработки 1500—2000 МПа. Перспективно применение ме­тодов механического легирования (аттриторного размола) [28, 29], а также использование различных приемов термомеханиче­ской обработки.

Важно остановиться на состоянии разработок металлических и неметаллических жаропрочных материалов. Уровень создания этих материалов определяет развитие газотурбостроения, т. е. современные возможности транспорта и энергетики. Исследова­тельские разработки по никелевым жаропрочным сплавам при­вели к созданию промышленной технологии изготовления тур­бинных дисков из распыленных порошков с использованием горя­чего изостатического прессования (ГИП).

Возможность повышения рабочих температур турбинных ло­паток при использовании материалов, полученных ПМ, не очень заметна, только применение механического легирования и введе­ние дисперсных упрочнителей типа Y2Оз привело к существен­ному повышению высокотемпературной длительной прочности. Однако методы ПМ оказались весьма эффективными для изго­товления турбинных дисков, рабочая температура которых со­ставляет 540—840 °С. По оценкам, экономия в результате снижения отходов стратегических материалов может достигать 50 %.

Дата добавления: 2014-11-18