Основным сырьем порошковой металлургии являются порошки чистых металлов и сплавов, а также порошки неметаллических элементов. 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.

Применение технологических процессов порошковой металлургии при изготовлении деталей и изделий различного назначения позволяет резко повысить коэффициент использования металла (КИМ) - до 96-98 % за счет сокращения отходов при обработке, а также возможного передела отходов в исходный материал (порошок); во многих случаях заменить дефицитные и дорогостоящие металлы и сплавы менее дефицитными и дорогими, понизить энергоемкость и трудоемкость производства, а следовательно, уменьшить себестоимость готовой продукции без снижения, а в ряде случаев - даже при повышении ее эксплуатационных свойств.

Основные термины и определения порошковой металлургии

Термины и определения порошковой металлургии регламентированы ГОСТ 17359-82. В настоящем разделе приводятся только основные термины, необходимые для обсуждения материалов и их характеристик, приведенных ниже.

1. Металлический порошок (МП) - совокупность частиц металла, сплава и металлоподобного соединения размерами до миллиметра, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

2. Прессуемость МП - способность МП образовывать под воздействием давления тело, имеющее заданные размеры, форму, плотность.

3. Формуемость МП - способность МП сохранять приданную ему под воздействием давления форму в заданном интервале значений пористости.

4. Формование металлического порошка - технологическая операция, в результате которой металлический порошок образует порошковую формовку. Формовка может осуществляться следующими методами:

• изостатическим - в эластичной или деформируемой оболочке в результате всестороннего сжатия в условиях нормальных или повышенных температур;

• импульсным - при котором уплотнение производится ударными волнами в интервале времени, не превышающем 1 с;

• мундштучным - продавливанием через отверстие, соответствующее по форме и размерам поперечному сечению порошковой формовки;

• шликерным - заполнением суспензией МП - шликером - пористой формы, обеспечивающей удаление жидкости из шликера;

• прессованием МП в пресс-форме, полость которой соответствует форме и размерам соответствующим, с учетом припусков, форме и размерам будущего изделия;

• прокаткой МП в прокатном стане или его штамповкой;

• экструзией МП.

5. Порошковая формовка - тело, полученное из МП и имеющее заданную форму, размеры и плотность.

6. Прессовка - порошковая формовка, полученная прессованием металлического порошка.

7. Спекание порошковой формовки или прессовки - нагрев и выдержка порошковой формовки (прессовки) при температуре ниже точки плавления основного компонента с целью обеспечения заданных механических и физико-химических свойств. Спекание может проводиться как с появлением при спекании жидкой фазы (жидкофазное спекание), так и без нее (твердофазное спекание).

8. Порошковый материал - материал, изготовленный из МП или его смеси с неметаллическим порошком.

9. Порошковый твердый сплав - порошковый материал на основе металлоподобных твердых соединений с металлической связкой, обладающих твердостью свыше 80 HRA.

10. Порошковый тяжелый сплав - порошковый материал, имеющий плотность выше 16,5 т/м³.

11. Карбидосталь - порошковый материал, подвергшийся в отожженном состоянии обработке и состоящий из стали и карбидов с массовой долей от 20 до 70 %.

12. Кермет - порошковый материал, состоящий из тугоплавких оксидных соединений и тугоплавких металлов.

13. Фрикционный порошковый материал - порошковый материал для работы в тормозных и передаточных узлах машин и приборов.

14. Антифрикционный порошковый материал - порошковый материал для производства изделий, от которых требуются низкие потери на трение.

15. Конструкционный порошковый материал - порошковый материал для несущих деталей машин, приборов и механизмов.

16. Композиционный порошковый материал - порошковый материал, представляющий механическую смесь металлов или металлов и неметаллов, исключающих взаимную диффузию при спекании.

17. Пористый порошковый материал - порошковый материал» имеющий пористость, обеспечивающую его проницаемость при эксплуатации.

18. Порошковое изделие - изделие из металлического порошка.

19. Открытая пористость порошковой формовки - отношение объема пор, сообщающихся с внешней средой, к объему порошковой формовки.

20. Закрытая пористость порошковой формовки - отношение объема пор, не сообщающихся с внешней средой, к объему порошковой формовки.

Для определения степени пористости порошкового изделия, доли закрытой и открытой пористости необходимо провести ряд обязательных процедур. На первой стадии требуется определить плотность порошкового изделия.

Для тел простой формы плотность определяют измерением объема и взвешиванием. Определение объема изделий сложной формы осуществляют методом гидростатического взвешивания. Исследуемое изделие взвешивается в этом случае дважды - на воздухе и погруженное в жидкость.

Если масса тела на воздухе равна m₁, в жидкости - m₂, то разность (m₁ - m₂) равняется массе вытесненной жидкости m_ж. Зная эти величины и плотность жидкости d_ж можно вычислить объем порошкового изделия: V= (m₁- m₂)/d_ж и его плотность:d_т = m₁/V = m₁ d_ж/(m₁- m₂).

Определив плотность порошкового изделия, можно вычислить его общую (суммарную) пористость.

П = (1-d_т/d_ж) • 100 %,

где d_т - плотность пористого тела: d_ж - плотность этого же тела в беспористом состоянии.

Для определения доли открытой и закрытой пористости в порошковом изделии используется метод, основанный на удалении газов в вакууме из порошковых изделий с последующей их пропиткой жидкостью известной плотности (обезгаженным маслом, ксилилом, бензоловым спиртом и т. п.). Расчет производится по формулам:

П = [1-(m₁/(m₂-m₃) d_к] • 100%,

П = [(m₂-m₁) d_ж]/[(m₂-m₃)d_пж],

П_зак = П - П_отк

где П, П_отк, П_зак - соответственно общая, открытая и закрытая пористость; m₁, m₂, m₃ - масса непропитанного и пропитанного образца на воздухе и масса пропитанного образца в жидкости; d_к, d_пж - плотность беспористого материала и пропитывающей жидкости.