Характеристика пористих матеріалів

До пористих порошкових матеріалів відносять вироби, що мають пористість у межах від 10 до 30%. Вироби з пористістю менш як 10%—малопористі, більш як 30% —високопористі.

Пористі підшипники. У машинобудуванні широко застосовують пористі підшипники, що мають високі антифрикційні властивості. їх виготовляють з антифрикційних матеріалів, що складаються із залізних, бронзових, алюмінієвих порошків, в які іноді додають

З—7% (за масою) графіту. Такі підшипники добре припрацьовуються, безшумні в роботі.

Перед експлуатацією пористі підшипники добре просочують мастилами, через що вони, як правило, тривалий час не потребують мащення.

Для тривалої (протягом 2—3 років) роботи без мащення застосовують пористі підшипники з масляними карманами.

У табл. 77 наведено порівняльні дані про властивості пористих підшипників, виготовлених на ферито-перлітній основі (з вмістом 3% графіту), і компактних бронзових підшипників.

t77

Пористі підшипники стійкі проти корозії і можуть працювати при нагріванні до 200° С.

Крім згаданих у табл. 77 пористих підшипників, у практиці застосовують підшипники, виготовлені з інших сплавів, наприклад залізо — мідь з вмістом міді до 25% (за масою) і залізо — графіт з вмістом 3% графіту (за масою).

В умовах підвищеної корозії застосовують бронзові і бронзо-графітові підшипники, які містять 87—96% (за масою) міді, 7—10% олова і до 4% графіту при пористості 20—30%, або пористі підшипники на алюмінієвій основі з добавками олова до 7% (за масою) або свинцю (до 40%).

Добрі наслідки дає просочування пористих підшипників пластмасами, наприклад флюоном або тефлоном (торгові позначення пластмас). Коефіцієнт тертя такої пластмаси становить 0,04—0,05, а хімічну стійкість вони зберігають до 300° С.

Пористі підшипники досить широко застосовують в автомобілебудуванні, на залізничному транспорті,

у сільськогосподарському машинобудуванні, приладобудуванні, верстатобудуванні, електропромисловості, текстильній та харчовій промисловості.

Фільтри з порошкових металевих матеріалів. Порівняно з фільтрами з азбесту, технічними тканинами або папером, металеві фільтри більш стійкі проти окислення і дії підвищених температур, мають більшу механічну міцність, пружність і теплопровідність. Вони також легко відновлюють фільтруючу здатність.

Чимало приладів, апаратів для фільтрації рідких пальних матеріалів, теплообмінників і холодильників вимагають застосування тільки металевих фільтрів.

Ці фільтри виготовляють спіканням неспресованої пухкої маси порошку, насипаного рівним шаром у форму, спіканням брикетів або прокатуванням порошку між валками.

Для виготовлення фільтрів застосовують порошки заліза, нержавіючої сталі, міді, латуні, бронзи, алюмінію, титану, танталу, різних сплавів тугоплавких металів, золота, платини, нікелю, карбідів, боридів, силіцидів.

Щоб запобігти можливості спікання матеріалу, яке супроводжується закриттям пор, до складу формованого матеріалу додають тверді речовини, які в процесі спікання перетворюються на газоподібні, або на сполуки металів, що при спіканні розпадаються на чисті метали з виділенням газоподібних речовин.

Фільтри, виготовлені з пористого прокату, застосовують для фільтрування рідин і газів. Для роботи в агресивних середовищах використовують фільтри з нержавіючої сталі, а в умовах, які не потребують високої корозієстійкості — фільтри із заліза і звичайної сталі.

З високопористих матеріалів виготовляють пористі анодні пластини для акумуляторів. З таких самих матеріалів виготовляють деталі, які «пітніють» — інтенсивно охолоджуються за рахунок перепускання крізь них лег- ковипарних рідин. Цей спосіб охолодження є одним з найбільш інтенсивних. Крім того, пористі матеріали застосовують для боротьби з обледенінням літаків, для забезпечення постійної швидкості подання рідин. Подові перегородки у шахтних печах також виготовляють з пористих матеріалів. У деяких пристроях пористі фільтри виконують роль розподільника газу.

Конструкційні матеріали і вироби. Застосовуючи методи порошкової металургії, виготовляють різні дрібні деталі машин, приладів і механізмів, які в процесі роботи не зазнають великих навантажень. Виготовлення деталей з металевих порошків — процес менш трудомісткий порівняно із звичайним процесом. При цьому досягають значної економії матеріалів, високої точності виготовлення і повної їх взаємозамінності.

У табл. 78 наведено дані про виробництво деяких деталей методом порошкової металургії. З таблиці видно, що собівартість деталей, виготовлених з порошків, становить в середньому від ЗО до 60% собівартості деталей, виготовлених звичайними способами лиття, кування чи штампування.

t78

У табл. 79 наведено дані про механічні властивості компактних і пористих матеріалів.

Вироби невеликих розмірів, виготовлені з порошкових матеріалів, можуть бути з допусками за другим класом точності у поперечному перерізі (0,01 мм) і за четвертим класом точності у поздовжньому напрямку (0,1 мм).

Нижче розглядаються деякі особливості застосування конструкційних порошкових матеріалів і технологія виготовлення виробів з них.

t79

Поршневі кільця виготовляють з порошку заліза, що містить 1—2% графіту. При пресуванні густина заготовки становить до 6,8—6,9 г/см3, спікають при 1100°С у захисній атмосфері. Щоб запобігти жолобленню, деталь спікають у спеціальному пристрої, після чого її гартують у маслі. Границя міцності виготовлених таким способом поршневих кілець становить 60—80 кгс/мм2.

З метою запобігання прориву газів, кільця притирають і шліфують, чим забезпечується необхідна щільність прилягання його поверхні до циліндра.

Вимірювальні інструменти — контрольні плитки, калібри, скоби, шаблони — виготовляють з металевих порошків. Задану точність розмірів спечених деталей забезпечують заключним калібруванням. Для підвищення

зносостійкості інструменти піддають хіміко-термічній обробці.

Вироби із спеченого алюмінієвого порошку широко застосовують як конструкційний матеріал для деталей, що працюють прн температурі 400—500° С. При цій температурі зразки зберігають міцність на рівні 13 кгс/мм2 в той час, як міцність зразків з компактного алюмінію знижується вже при 250° С.

Вироби з' порошкових матеріалів з особливими фізичними властивостями. Магнітні, нержавіючі, вакуумні, контактні, фрикційні та інші матеріали відносять до матеріалів з особливими властивостями.

Фрикційні порошкові матеріали широко застосовують для виготовлення деталей та вузлів літаків, автомобілів, підйомно-транспортних механізмів, екскаваторів, потужних фрикційних пресів та ін. Найчастіше застосовують металокерамічний фрикційний матеріал, що складається з 60—70% міді, 5—10% олова, 6—15% свинцю, 5—8% графіту, до 10% заліза, 4—6% окису кремнію. Основу цього матеріалу становить олов'яниста бронза, а залізо лише підсилює його зносостійкість. Коефіцієнт тертя такого матеріалу по незмащеному чавуну становить 0,2—0,3.

Замінником металокерамічного фрикційного матеріалу, виготовленого на основі бронзи і порівняно дорогого, є фрикційний матеріал, виготовлений на основі заліза.

У табл. 80 наведено порівняльні дані про властивості фрикційних матеріалів на мідній та залізній основі.

t80

Порошкові фрикційні матеріали на залізній основі, у яких до 45% за об'ємом становить графіт, за своїми якостями значно перевершують фрикційні матеріали на мідній основі, які до того ж виготовляються з дефіцитних матеріалів.

Методом порошкової металургії у багатьох країнах світу виготовляють ковзні контакти електричних машин. Основними складовими частинами матеріалів для виготовлення цих контактів є бронза і графіт.

Застосуванням графіту запобігають налипанню на контакти різних часточок, попереджають їх зварювання з металом ротора і сприяють гасінню іскор.

За допомогою порошкової металургії дістають десятки різноманітних композицій, особливості яких зумовлені тими чи іншими індивідуальними властивостями компонентів. Такими композиціями є вольфрам — мідь, карбід — вольфрамокобальт — срібло, срібло — кадмій, срібло — окис кадмію та ін.

З порошкових матеріалів виготовляють контакти для конструкцій потужних вимикачів, призначених для ліній передачі на великі відстані значних електричних потужностей.

Магнітні порошкові матеріали застосовують для виготовлення осердь трансформаторів, магнітних муфт, магнітопроводів, статорів невеликих електродвигунів, реле та ін.

М'які порошкові магніти виготовляють з відновленого залізного порошку високої чистоти. Заміна компактних м'яких магнітів порошковими підвищує якість виробів і забезпечує значну економію металу.

Тверді (постійні) магніти, виготовлені методами порошкової металургії, за своїми якостями перевищують магніти, виготовлені з компактних матеріалів. Порівняльні дані про властивості постійних магнітів, виготовлених різними способами, наведено у табл. 81.

Виготовлення постійних магнітів методом порошкової металургії економить до 50—60% дорогих металів, потрібних на виготовлення цих деталей методом лиття.

Кераміко-металеві матеріали (кермети) — це тверді сплави, з яких виготовляють різальний інструмент. Тверді сплави складаються з порошків карбіду, вольфраму і титану. Зв'язуючим матеріалом є кобальт. Після пресування заготовки спікають при температурі 1500—■

t81

2000° С. Внаслідок спікання дістають матеріал, що складається з часточок карбіду, зв'язаних кобальтом. Пористість твердих матеріалів становить близько 5%.

Основною позитивною якістю твердих сплавів є їхня здатність зберігати високу твердість при нагріванні до 800—1000° С.

У табл. 82 наведено дані про компоненти різних ке- раміко-металевих матеріалів.

t82

При складанні композицій для виготовлення різних виробів слід враховувати властивості металевої та керамічної складових. За жароміцністю й окалиностійкістю металева фаза повинна дещо поступатись перед керамічною основою. Взаємодія металу і кераміки повинна бути мінімальною, а значення коефіцієнтів лінійного розширення і теплопровідності у металів і металокера-і мічних матеріалів має бути приблизно однаковим.

На міцЙІстБ кераміко-металевих матеріалів значно впливають розподіл керамічної складової у зв'язуючому металі і форма частинок. Наприклад, застосування округлених частинок кераміки значно знижує концентрацію напруг у виробах.

У табл. 83 наведено порівняльні дані про властивості високотемпературних матеріалів.

t83

* Довжину розриву дроту визначають діленням величини руйнівного навантаження, кгсісм2, під дією власної ваги на величину щільності, г/слА.

Єплав «\У2» 12С складається з 50% карбіду титану і 50% металевої фази. Цей сплав має високу міцність при температурі 800° С.

Кермети на базі карбіду титану можна застосовувати при нагріванні до температури 1100°С. Для більш високих температур застосовують кераміко-метаяеві матеріали на боридній або оксидній основі.

Відомо, що композиція, яка складається з 70% А120з і 30% Сг має добру окалиностійкість при нагріванні до 1300° С, а кераміко-металеві матеріали складу 30% А120з і 70% Сг успішно застосовують для виготовлення захисних чохлів термопар, для тиглів та ін.

26.12.2015
1390

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!