Основные материалы, полученные методом порошковой металлургии

    Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20... 30 м/с. Коэффициент трения подшипников - 0,04...0,06.

    Для изготовления используются бронзовые  или железные порошки с добавлением графита (1 ...3 %). 

    Разработаны подшипниковые спеченные материалы  на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температу рах до 500°С.

    Применяют металлопластмассовые антифрикционные  материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.

    Фрикционные материалы (пористость 10... 13 %) предназначены для работы в муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся поверхности мгновенно нагреваются до 120(ГС, а материал в объеме - до 500...600°С. Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350...400 МПа. Коэффициент трения при работе в масле - 0,08... 0,15, при сухом трении - до 0,7.

    По  назначению компоненты фрикционных материалов разделяют на группы:

    а) основа - медь и ее сплавы - для рабочих температур 500...600°С, железо, никель и сплавы на их основе - для работы при сухом трении и температурах 1000.. .1200°С;

    б) твердые смазки - предотвращают микросхватывание при торможении и предохраняют фрикционный материал от износа; используют свинец, олово, висмут, графит, сульфиты бария и железа, нитрид бора;

    в) материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения - асбест, кварцевый песок, карбиды бора, кремния, хрома, титана, оксиды алюминия и хрома и др.

    Примерный состав сплава: медь - 60...70 %, олово - 7 %, свинец - 5 %, цинк 5... 10%, железо - 5... 10 %. кремнезем  или карбид кремния - 2.. .3 %, графит - 1... 2 %.

    Из  фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).

    Фильтры (пористость 25... 50 %) из спеченных металлических порошков по своим эксплуатационным характеристикам превосходят другие фильтрующие материалы, особенно когда требуется тонкая фильтрация.

    Они могут работать при температурах от -273°С до 900°С, быть коррозионностойкими  и жаропрочными (можно очищать  горячие газы). Спекание позволяет получать фильтрующие материалы с относительно прямыми тонкими порами одинакового размера.

    Изготавливают фильтры из порошков коррозионностойких материалов: бронзы, нержавеющих сталей, никеля, серебра, латуни и др. Для  удовлетворения запросов металлургической промышленности разработаны материалы на основе никелевых сплавов, титана, вольфрама, молибдена и тугоплавких соединений. Такие фильтры работают тысячи часов и поддаются регенерации в процессе работы. Их можно продуты протравить, прожечь.

    Фильтрующие материалы выпускают в виде чашечек, цилиндров, втулок, дисков, плит. Размеры  колеблются от дисков диаметром 1,5 мм до плит размерами 450 х 1000 мм. Наиболее эффективно применение фильтров из нескольких слоев  с различной пористостью и диаметром пор.

    Прочие  пористые изделия "Потеющие сплавы" - материалы, через стенки которых к рабочей наружной поверхности детали поступает жидкость или газ. Благодаря испарению жидкости температу ра поверхности понижается (лопатки газовых ту рбин). Сплавы выпускаются на основе порошка нихроми с порами диаметром до 10... 12 мкм при пористости 30 %. Сплавы этого типа используются и для решения обратной задачи: крылья самолетов покрывают пористым медно-никелевым слоем и подают через него на поверхность антифриз, препятствующий обледенению. Пеноматерпалы - материалы с очень высокой пористьстыо, 95...98 %. Например, плотность вольфрама 19,3 г/см³, а пеновольфрама - всего 3 г/см³. Такие материалы используют в качестве легких заполнителей и теплоизоляции в авиационной технике. Конструкционные порошковые материалы Спеченные стали. Типовыми порошковыми деталями являются кулачки, корпуса подшипников, ролики, звездочки распределительных валов, детали пишущих и вычислительных машин и другие. В основном это слабонагруженные детали, их изготавливают из порошка железа и графита. Средне на груженные детали изготавливают или двукратным прессованием - спеканием, или пропиткой спеченной детали медыо или лату нью. Детали сложной конфигурации (например, две шестерни на трубчатой оси) получают из отдельных заготовок которые насаживают одну на другу ю с натягом и производят спекание. Для изготовления этой группы деталей используют смеси железо - медь - графит, железо - чугун, железо - графит - легирующие элементы. Особое место занимают шестерни и поршневые кольца. Шестерни в зависимости от условий работы изготавливают из железо - графита или из железо - графита с медью или легирующими элементами. Снижение стоимости шестерни при переходе с нарезки зубьев на спекание порошка составляет 30...80 %. Пропитка маслом позволяет обеспечить самоемазываемость шестерни, уменьшить износ и снизить шум при работе. Спеченные поршневые кольца изготавливают из смеси железного порошка с графитом, медыо и сульфидом цинка (твердая смазка). Для повышения износостойкости делают двухслойные кольца: во внешний слой вводят хром и увеличивают содержание графита. Применение таких колец увеличивает пробег автомобильного двигателя, уменыпаеттего износ и сокращает расход масла. Высоколегированные порошковые стали, содержащие 20 % хрома и 15 % никеля, используют для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах. 

    Спеченные цветные металлы Спеченный титан и его сплавы используют в виде полуфабрикатов (лист, трубы, пруток). Титановый каркас пропитывают магнием. Такие материалы хорошо обрабатываются давлением. Широко используются материалы на основе меди, например, изготавливают бронзо - графитные шестерни. Свойства спеченных латуней выше, чем литых, из-за большей однородности химического состава и отсутствия посторонних включений. Спеченные алюминиевые сплавы используют для изготовления поршней тяжело нагруженных двигателей внутреннего сгорания и других изделий, длительное время работающих при повышенных температурах, благодаря их повышенной жаропрочности и коррозионной стойкости. Керамикометаллические материалы (керметы) содержат более 50 % керамической фазы. В качестве керамической фазы используют тугоплавкие бориды, карбиды, оксиды и нитриды, в качестве металлической фазы - кобальт, никель, тугоплавкие металлы, стали. Керметы отличаются высокими жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, прочностью. Они используются для изготовления деталей конструкций, работающих в агрессивных средах при высоких температурах (например, лопаток турбин, чехлов термопар). Частным случаем керметов являются твердые сплавы. Электротехнические порошковые материалы Электроконтактные порошковые материалы делятся на материалы для разрывных контактов и материалы для скользящих контактов. Материалы разрывных контактов должны быть тепло- и электропроводными, эрозионностойкими при воздействии электрической дуги, не свариваться в процессе работы. Контактное сопротивление должно быть возможно меньшим, а критические сила тока и напряжение при образовании дуги - возможно большими. Чистых металлов, удовлетворяющих всем этим требованиям, нет. Изготавливают контактные материалы прессованием с последующим спеканием или пропиткой пористого ту гоплавкого каркаса более легкоплавким металлом (например, вольфрам пропитывают медыо или серебром).

    Тяжелонагруженные разрывные контакты для высоковольтных аппаратов делают из смесей вольфрам - серебро - никель или железо - медь. В низковольтной и слаботочной аппаратуре широко используют материалы на основе серебра с никелем, оксидом кадмия и другими добавками, а также медно - графитовые материалы.

    Скользящие  контакты широко используют в приборах, коллекторных электрических машинах и электрическом транспорте (токосъемники). Представляют собой пары трения, должны обладать высокими антифрикционными свойствами, причем контакт должен быть мяте, чем контртело и не изнашивать его, так как заменить скользящий контакт проще, чем коллектор или привод. Для обеспечения антифрикционности, в состав смесей для скользящих контактов вводят твердые смазки графит, дисульфид молибдена, гексагональный нитрид бора. Большинство контактов электрических машин изготавливают из меди с графитом. Для коллекторных пластин пантографов используют бронзографитовые контакты. Контакты приборов изготавливают из серебра с графитом, серебра с палладием, никелем, дисульфидом молибдена, вольфрама с палладием.

    Магнитные порошковые материалы

    Различают магнито мягкие и магн и то твердые  материалы.

    Магнитомягкие - это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал - чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.

    Отдельно  выделяется группа магнитодиэлектриков - это частицы магнитомягкого материала, разделенные тонким слоем диэлектрика - жидкого стекла или синтетической смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу используют чистое железо, альсиферы.

    Магнитотвердые  материалы (постоянные магниты) - материалы с малой магнитной проницаемостью и большой коэрцитивной силой.

    Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава, как литые магниты: железо - алюминий - никель (альни), железо - алюминий - никель кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с наложением магнитного поля.

    Высокие магнитные свойства имеют магниты из сплавов редкоземельных металлов (церий, самарий, празеодим) с кобальтом.