Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Порошковая металлургия — область техники, объединяющая методы получения металлических порошков и изготовления из них изделий без расплавления основного компонента. Технологический цикл строится на четырёх операциях: получение порошка, приготовление шихты (смешивание), формование и спекание; в ряде случаев цикл дополняется калиброванием, пропиткой, термообработкой или дополнительным уплотнением. Порошковая металлургия и спечённые материалы экономически оправданы при массовом производстве деталей сложной формы с минимальной механической доработкой, а также там, где требуется управляемая пористость или сочетание свойств, недостижимое в литом и кованом металле.
Заготовка в порошковой металлургии формируется не из расплава, а из дискретного материала: частицы металлических порошков прессуются в формовку нужной геометрии и затем спекаются — выдерживаются при температуре ниже температуры плавления основной фазы. В процессе спекания между частицами развиваются диффузионные связи, образуются и растут контактные шейки, поры закрываются и сглаживаются. Готовая деталь по плотности приближается к компактному металлу, а по геометрии практически повторяет форму прессовки.
Метод даёт коэффициент использования материала до 95–98 % и позволяет изготавливать детали сложной формы с минимальной механической обработкой, не достижимой при литье и обработке резанием.
Ключевые преимущества подхода — высокий коэффициент использования материала (отсутствие технологических припусков на резку и стружки), производительность массового производства, возможность получать материалы с заданной пористостью, композиции из несмешивающихся в расплаве компонентов и неметаллических наполнителей. Ограничения связаны со стоимостью оснастки (пресс-формы), пределом размеров деталей, остаточной пористостью при стандартных режимах и анизотропией свойств в направлении прессования.
Способ получения порошка определяет форму и состояние поверхности частиц, гранулометрию, содержание кислорода и оксидов, насыпную плотность и технологические свойства. По характеру преобразования сырья методы делятся на механические (физическое измельчение или диспергирование без изменения химического состава) и физико-химические (с изменением состава или агрегатного состояния).
Около половины мирового производства железных порошков получают восстановлением рудного концентрата или окалины; газовая атомизация — основной способ производства порошков сложнолегированных сталей и жаропрочных сплавов с близкой к сферической формой частиц, удобных для прессования, MIM и аддитивных технологий.
Перед формованием порошок характеризуется по гранулометрии, форме и состоянию поверхности частиц, насыпной плотности, плотности после утряски, текучести, удельной поверхности, уплотняемости, химическому и фазовому составу. Каждая характеристика регламентирована отдельным стандартом и определяет, как порошок будет вести себя на прессе и в печи.
Шихта — это однородная смесь основного порошка, легирующих компонентов, технологических добавок и связующих. На этом этапе вводят: твёрдые смазки (стеарат цинка, стеарат лития, стеарамид и др.) для снижения трения о стенки матрицы и пуансоны при прессовании; пластификаторы для холодных и тёплых режимов; легирующие порошки (Cu, Ni, Mo, графит) и наполнители (для антифрикционных композиций — графит, дисульфид молибдена). Смешивание проводят в двухконусных, V-образных, барабанных или планетарных смесителях; от качества перемешивания напрямую зависят равномерность плотности и однородность свойств готовой детали.
Формование — операция, в которой из сыпучей шихты получают заготовку нужной геометрии и плотности. Основные промышленные способы:
Наиболее массовый способ. Шихта засыпается в матрицу и сжимается верхним и нижним пуансонами на гидравлическом или механическом прессе. Получается формовка с плотностью, как правило, 75–90 % от теоретической плотности компактного материала. Метод производителен, легко автоматизируется, обеспечивает высокую размерную точность по горизонтальной плоскости, но имеет ограничения по сложности формы и неравномерность плотности по высоте (из-за пристенного трения).
Порошок засыпается в эластичную оболочку (резина, полиуретан), которая помещается в сосуд высокого давления и сжимается жидкостью со всех сторон. Распределение давления изотропно, плотность формовки выше и равномернее, чем при одноосном прессовании; пригодно для крупных и сложных заготовок, но цикл длиннее.
Прессование и спекание совмещены: порошок в герметичной металлической капсуле помещается в газостат, где на него действуют высокое давление инертного газа (типичный диапазон сотен МПа) и высокая температура одновременно. Метод обеспечивает плотность, близкую к 100 %, изотропные свойства и применим к заготовкам массой от долей килограмма до десятков тонн. Используется для жаропрочных сплавов, инструментальных сталей, заготовок ответственного назначения.
Тонкодисперсный порошок смешивается с термопластичным связующим (фидсток) и впрыскивается в пресс-форму на термопластавтомате — как при литье пластика. Затем связующее удаляется (растворителем, термически, каталитически), и заготовка спекается. MIM рентабелен для серийных деталей сложной формы массой обычно от долей грамма до сотен грамм при больших партиях.
Прокатка порошка между валками даёт ленту или полосу, которую затем спекают. Шликерное литьё, экструзия порошковой массы, аддитивные технологии на основе порошка (селективное лазерное плавление SLM, электронно-лучевое плавление EBM, направленное энергетическое осаждение DED) — каждая под свой класс задач.
Спекание — нагрев формовки до температуры, как правило, 0,7–0,9 от абсолютной температуры плавления основного компонента, с изотермической выдержкой в защитной или восстановительной атмосфере. На этой стадии в материале протекают процессы диффузии по поверхности и в объёме частиц, миграция границ зёрен, перенос вещества через газовую фазу; формируются и растут межчастичные связи, поры округляются и частично закрываются, плотность повышается, появляется требуемая прочность.
Состав среды в печи выбирается по совместимости с материалом и по способности к восстановлению оксидов на поверхности частиц. Восстановительная среда даёт более высокую конечную плотность, чем нейтральная, при прочих равных условиях.
Перед стадией изотермической выдержки в цикле спекания, как правило, предусматривают участок дожигания (отгонки) технологической смазки и связующего; пропуск этого участка ведёт к остаточному углероду, разрыхлению и снижению прочности.
После спекания применяют: калибрование (повторное прессование для уточнения размеров и закрытия поверхностных пор); допрессовка с повторным спеканием (для повышения плотности ответственных деталей); термическую и химико-термическую обработку (закалка, отпуск, цементация, нитроцементация); пропитку маслом (для антифрикционных деталей) или инфильтрацию медью (для повышения прочности и герметичности железных порошковых деталей).
Пористость — отличительная особенность порошковых материалов. Она задаётся технологией и используется как функциональное свойство: в антифрикционных деталях — как резервуар для масла, в фильтрах — как проницаемая структура, в конструкционных деталях — её обычно стараются минимизировать.
Общая пористость: П = (1 − ρо/ρк) · 100 %, где ρо — плотность образца, г/см³; ρк — теоретическая плотность компактного материала заданного состава, г/см³.
П = (1 − ρо/ρк) · 100 %
ρо
ρк
Закрытая пористость: Пз = П − По, где По — открытая (доступная для жидкости) пористость.
Пз = П − По
По
Методика определения плотности, содержания масла, открытой и общей пористости — по ГОСТ 18898 (соответствует ИСО 2738).
Открытую пористость определяют для образцов с общей пористостью более 10 % методом пропитки маслом под вакуумом с последующим взвешиванием на воздухе и в воде. Размер пор оценивают по ГОСТ 26849 (соответствует ИСО 4003), проницаемость спечённых проницаемых материалов для жидкостей — по ГОСТ 25283 (соответствует ИСО 4022).
Пропитка пористого спечённого каркаса жидкостью или расплавом превращает его в композиционный материал с новыми свойствами:
Свойства порошковых материалов и готовых спечённых изделий контролируются по системе стандартов, многие из которых гармонизированы с международными ИСО. Основные действующие документы для металлических порошков и спечённых материалов (кроме твёрдых сплавов):
Деталь формируется не из расплава, а из металлического порошка: его прессуют в форму нужной геометрии и нагревают (спекают) при температуре ниже точки плавления основного компонента. Между частицами развиваются диффузионные связи, поры закрываются, материал приобретает прочность. Готовый спечённый материал — это плотная или контролируемо пористая структура из соединённых диффузией металлических частиц, нередко с включениями графита, твёрдых смазок или другого функционального наполнителя.
Коэффициентом использования материала: припуски и стружка практически отсутствуют. Возможностью получать детали сложной формы в готовом или почти готовом виде в массовом производстве. Управляемой пористостью и возможностью комбинировать в одной детали металлы и неметаллы (например, графит). Возможностью изготавливать материалы из несовместимых в расплаве компонентов. Литьё проигрывает по точности геометрии в малом размере, обработка резанием — по производительности и материалоёмкости.
Механически (измельчение в мельницах) — для хрупких материалов. Распылением расплава (газовой или водяной атомизацией) — для сталей, цветных сплавов, жаропрочных композиций. Восстановлением оксидов руды или окалины газами или твёрдым углеродом — основной способ для железных порошков. Электролизом — для меди и других чистых металлов. Карбонильным методом — для тонкодисперсных порошков высокой чистоты (Fe, Ni, Co).
При спекании температура остаётся ниже точки плавления основного компонента: материал не переходит в жидкое состояние, а уплотняется за счёт диффузии в твёрдой фазе и роста контактных шеек между частицами. При жидкофазном спекании плавится только малая часть состава — легкоплавкий компонент или эвтектика; основная фаза остаётся твёрдой, и деталь сохраняет форму. При обычном плавлении и литье материал полностью переходит в расплав, а форму задаёт литейная форма.
Открытые поры пропитанной втулки служат резервуаром масла. В работе масло выходит на поверхность трения под действием температуры и капиллярных сил и возвращается в поры при остывании. Получается самосмазывающийся подшипник, не требующий внешней смазки в течение длительного периода — это удобно для труднодоступных узлов. Подходит для невысоких скоростей скольжения (до 5–10 м/с) и работы без ударных нагрузок.
От практически беспористой структуры (после ГИП или жидкофазного спекания) до 30 % и более (антифрикционные самосмазывающиеся материалы, фильтры). Для конструкционных порошковых сталей типичные значения 5–15 %. Пористость рассчитывается через плотность образца и теоретическую плотность материала по ГОСТ 18898; разделяется на открытую (доступную для жидкости) и закрытую.
Совмещённый процесс прессования и спекания: порошок в герметичной капсуле помещается в газостат, где на него одновременно действуют высокое давление инертного газа и высокая температура. Давление прикладывается изотропно во всех направлениях, поэтому плотность практически достигает теоретической, а свойства материала изотропны. Метод применяют для жаропрочных сплавов, инструментальных сталей и крупных ответственных заготовок, недостижимых для классического одноосного прессования.
Литьё под давлением металлического порошка (Metal Injection Molding): тонкий порошок смешивается с термопластичным связующим, и полученный фидсток впрыскивается на термопластавтомате в пресс-форму. Затем связующее удаляется, и заготовка спекается. MIM позволяет получать мелкие и средние детали очень сложной формы массовыми тиражами с минимальной механической обработкой. Эффективен при больших партиях из-за высокой стоимости оснастки.
Шестерни малого и среднего модуля, кулачки, рычаги, звёздочки, фланцы, муфты, втулки и подшипники скольжения, элементы насосов и редукторов, контактные группы, тормозные накладки и фрикционные диски, пористые фильтры и аэраторы, режущий и износостойкий инструмент из твёрдых сплавов, постоянные магниты, контакты электрических машин.
Для определения плотности, содержания масла и пористости — ГОСТ 18898. Для твёрдости — ГОСТ 25698. Для проницаемости проницаемых материалов — ГОСТ 25283, размера пор — ГОСТ 26849. Для триботехнических характеристик антифрикционных материалов — ГОСТ 26614. Свойства самих порошков — насыпная плотность (ГОСТ 19440), текучесть (ГОСТ 20899), удельная поверхность (ГОСТ 23401), форма частиц (ГОСТ 25849), уплотняемость (ГОСТ 25280). Большинство методических ГОСТов гармонизированы с соответствующими стандартами ИСО.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.