4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Механические методы получения порошков

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Производство порошка — первая технологическая операция метода порошковой металлургии. Способы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет широко варьировать их свойства. Это, в свою очередь, делает возможным придание изделиям из порошка требуемых физических, механических и других специальных свойств. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет его качество и себестоимость.

Способы получения порошков делятся на механические и физико-химические.

Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава. Чаще всего используют измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала.

Механические методы получения порошков.

К основным механическим методам получения порошков относятся:

1. Дробление и размол твердых материалов.

Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, к.п.д. которых сравнительно невелик. Получают порошки Fe, Cu, Mn, латуни, бронзы, хрома, алюминия, сталей.

2. Диспергирование расплава.

Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, чугуна, стали.

3. Грануляция расплава.

Порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные порошки железа, меди, свинца, олова, цинка.

4. Обработка твердых (компактных) металлов резанием.

При станочной обработке литых металлов или сплавов подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Получают порошки стали, латуни, бронзы, магния.

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Измельчение может быть дроблением, размолом, истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как Si, Be, Cr, Mn, сплавы Al с Mg и др. Размол вязких пластичных металлов (Zn, Al, Cu) затруднен, так как они в основном расплющиваются, а не разрушаются.

При измельчении комбинируют раздавливание и удар (при получении крупных частиц) и истирание и удар (при тонком измельчении). При дроблении затрачиваемая энергия расходуется на упругую и пластическую деформацию, на теплоту и на образование новых поверхностей. При дроблении под действием внешних сил в наиболее слабых местах тела образуются замкнутые или начинающиеся у поверхности трещины. Разрушение наблюдается тогда, когда трещины пересекают твердое тело по всему его сечению в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения напряжения в деформирующемся теле превышают некоторое предельное значение (предел прочности материала).

Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием с образованием мелкой стружки или опилок, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование.

В качестве примера рассмотрим размол в шаровых мельницах.

Рисунок 2 — Схема шаровой мельницы.

Простейший аппарат для измельчения дробленых твердых материалов — шаровая вращающийся мельница, которая представляет собой металлический цилиндрический барабан (Рисунок 2). Внутри барабана находятся размольные тела полиэдрической или округлой формы, чаще всего стальные или твердосплавные шары. При вращении мельницы размольные тела поднимаются на некоторую высоту в направлении вращения, затем падают или скатываются и измельчают материал, истирая его и раздрабливая. Соотношение между дробящим и истирающим действием размольных тел в мельнице зависит от отношения диаметра цилиндра D к длине цилиндра L при одинаковом объеме. При D:L>3 преобладает дробящее действие размольных тел (полезно для измельчения хрупких тел), при D:L

Механические методы получения порошков

Классификация методов получения порошков

Металлический порошок – совокупность частиц металла, сплава или металлоподобного соединения размерами до одного миллиметра, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

Металлические порошки – основа порошковой металлургии, технология которой начинается с их получения. Метод производства и природа соответствующего металла, сплава или металлоподобного соединения определяют химические (содержание основного металла, примесей и загрязнений, пирофорность и токсичность), физические (форма, размер, удельная поверхность, истинная плотность и микротвердость частиц) и технологические (насыпная плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость порошка) свойства получаемого металлического порошка.

Часто свойства порошка одного и того же металла существенно изменяются в зависимости от метода производства. Порошки, идентичные по химическому составу, могут иметь разные физические характеристики и резко различаться по технологическим свойствам, что приводит к значительным изменениям условий дальнейшего превращения порошка в готовые изделия и влияет на их свойства. Разнообразие требований, предъявляемых к порошкам в зависимости от области их применения, а также свойства (природа) самих металлов объясняют существование большого числа различных методов производства металлических порошков.

Общепринятым является условное деление этих методов на физикохимические и механические (табл. 1.1).

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу и структуре существенно отличается от исходного материала.

Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без существенного изменения его химического состава. Чаще всего используют размол твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов. К механическим методам получения порошков относится и грануляция расплава (образование порошка происходит при сливании расплавленного металла в жидкость). Однако получаемые частицы имеют размеры больше одного миллиметра (до 2–5 мм). С помощью этого метода получают гранулы таких металлов, как олово, свинец, цинк, висмут и пр.

Совокупность методов их получения и превращения в изделия относится к другой области металлургического производства – гранульной металлургии. Выбор метода получения металлического порошка проводят на основе анализа требований, предъявляемых к конечной продукции.

В зависимости от размеров частиц порошки весьма условно подразделяют на следующие группы: нано- (размер частиц

Метод механического измельчения твердых компактных материалов широко применяется в порошковой металлургии. Этим способом можно превратить в порошок практически любой из металлов, их окислов и тугоплавких неметаллических соединений (боридов, нитридов, карбидов и пр.).

Под измельчением понимают уменьшение начального размера частиц материала путем разрушения их действием внешних усилий. Измельчение дроблением, размолом или истиранием является старейшим методом перевода твердых веществ в порошкообразное состояние.

Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов, сплавов и неметаллических соединений (кремний, бериллий, хром, марганец, ферросплавы, оксиды, бориды, карбиды и др.). Размол таких металлов, как медь, алюминий, серебро, золото, затруднен, что объясняется их высокой пластичностью.

В процессе измельчения на материал действуют различные разрушающие усилия – раздавливающие (расплющивающие), ударные, истирающие. При механическом измельчении твердых материалов затрачиваемая энергия расходуется на деформацию (упругую и пластическую) и на увеличение поверхности измельчаемого материала, которое свидетельствует об уменьшении размеров частиц, что и является основной целью процесса.

Процесс деформации твердых тел заключается в том, что под действием внешней статической нагрузки в твердом теле начинается движение дислокаций. Движущиеся дислокации образуют дислокационные «стенки», столкновение которых приводит к появлению зародышей трещин. Образованию трещин способствуют и многочисленные дефекты на поверхности частиц твердого тела («нарушенный слой»), а также на его межзерновых границах. Действие динамических ударных нагрузок приводит к быстрому увеличению этих микротрещин. Однако при «снятии» внешней нагрузки трещины под действием сил межатомарного взаимодействия могут смыкаться («самозаживляться», релаксировать).

Разрушение твердого тела (его отдельной частицы) происходит только в том случае, когда внешние воздействия настолько велики, что трещины непрерывно «развиваются», распространяясь по всему сечению тела в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения напряжения в деформирующемся теле превышают некоторое предельное значение («предел прочности материала»), упругая деформация сменяется деформацией разрушения и происходит уменьшение размеров (измельчение) исходных агрегатов.

При крупном дроблении вновь образующаяся поверхность невелика, так как получаемые частицы имеют сравнительно большие размеры. В связи с этим энергия, затрачиваемая на образование новой поверхности, намного меньше энергии деформации, а расход энергии на дробление приблизительно пропорционален объему разрушаемого тела.

При тонком измельчении вновь образующаяся поверхность очень велика. Поэтому расход энергии на измельчение приблизительно пропорционален вновь образующейся поверхности. Однако сама работа диспергирования всегда незначительна, так как почти вся энергия измельчающего устройства затрачивается на деформацию разрушаемого тела и на образование теплоты.

Поведение материала при измельчении является следствием двух соперничающих процессов – разрушения (дезинтеграции) и агрегатирования (интеграции) частиц. Проявление второго процесса связано с явлениями адгезии, физико-химических и физико-механических реакций, протекающих в процессе измельчения. Действие этих сил (помимо «заживления» трещин) приводит к агрегатированию и комкованию порошка. Поэтому в подавляющем большинстве случаев предельный размер частиц, которые удается получить при механическом измельчении материала, не превышает 0,1 мкм.

Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование.

Предварительное измельчение крупных сырьевых материалов в щековых, валковых, конусных дробилках и молотковых мельницах.

Щековые, валковые и конусные дробилки применяются для предварительного измельчения крупных (до нескольких сантиметров) кусковых материалов с пределом прочности до 300–400 МПа. В дальнейшем предварительно измельченные в этих агрегатах материалы поступают на доизмельчение другими методами.

Щековые дробилки применяют для измельчения спекшейся губки, осадков с электродов, крупных кусков рудных концентратов и т.п. Размол материала в щековых дробилках до размера частиц 1–4 мм происходит за счет раздавливания кусков между неподвижной и подвижной щеками установки. Рабочее пространство между щеками называют «пастью» дробилки.

Измельчение материала до крупности частиц 0,5–1 мм обеспечивают валковые дробилки, один или оба валка которых могут совершать возвратнопоступательное движение по направляющим вдоль оси опорной рамы. Валки вращаются навстречу друг другу от отдельных приводов с окружной скоростью

2–4 м/с, причем разность их скоростей обычно не превышает 2 %; при дроблении вязких материалов разность этих скоростей может доходить до 20 %. Эффективность работы валковых дробилок в большой степени зависит от условий подачи материала, особенно от непрерывности его поступления в щель между валками и равномерности распределения по их длине. Валки могут быть гладкими, рифлеными или зубчатыми.

В конусных дробилках измельчение материала осуществляется в кольцевой полости между рабочей частью поверхности конуса и соответствующей частью внутренней поверхности корпуса дробилки (в камере дробления). Конусные дробилки обеспечивают измельчение материала до крупности частиц 1–2 мм.

Молотковые дробилки в основном используются для измельчения губчатых материалов (спекшихся при восстановлении порошков, катодных осадков и пр.). Измельчение обрабатываемого материала в них осуществляется за счет удара молотков (бил), укрепленных шарнирно на валу, вращающемся в рабочей камере с достаточно высокой скоростью (около 1 500 об/мин).

Исходный кусковой материал загружают в приемный бункер установки (рис. 1), откуда он поступает в рабочую камеру мельницы, в нижней части которой имеется отверстие, закрытое сеткой; после размола частицы проваливаются через ситовое полотно в сборник порошка.

Читать еще:  Чертежи dxf скачать бесплатно

Рис. 1. Молотковая мельница: 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – губка; 4 – загрузочный бункер; 5 – загрузочный люк с защелкой; 6 – корпус мельницы; 7 – била; 8 – металлическая решетка с ситовым полотном; 9 – порошок

Размол губки в молотковой мельнице происходит в течение нескольких минут, и получаемый порошок мало наклепывается, что исключает необходимость его последующего отжига.

Более тонкое измельчение обеспечивают бесколосниковые молотковые мельницы, рабочим органом которых является ротор с шарнирно закрепленными на нем тонкими пластинчатыми молотками.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8540 — | 8122 — или читать все.

188.64.174.65 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Глава 1. Классификация методов получения порошков (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ

Металлические порошки — основа порошковой металлургии, тех­нология которой начинается с их получения. Мировое производство порошков черных и цветных металлов ежегодно возрастает, и темпы роста в течение длительного времени остаются достаточно высокими (табл. 1).

Производство железных порошков в Европе и Америке в 1983 г. увеличилось на 39 %, а в 1984 г.— на 56 % по отношению к уровню 1982 г. и по оценкам может достичь к 1995 г. 1,5—1,8 млн. т. В 1987 г. мировое производство порошков железа и цветных ме­таллов составило 655 тыс. т. В СССР производство железных по­рошков в XI пятилетке удвоилось и к концу 1990 г. должно было возрасти еще в 2 раза (в 1987 г. достигло 100 тыс. т).

Динамичное наращивание производства металлических порош­ков связано с развитием имеющихся и разработкой более дешевых и простых способов их получения. Метод производства и природа соответствующего металла, сплава или металлоподобного соедине­ния определяют химические (содержание основного металла, при-

Таблица 1. Объемы годового выпуска металлических порошков в капиталистических странах, тыс. т

Медный и сплавов на

Медный и сплавов на основе меди

месей и загрязнений, пирофорность и токсичность), физические (форму, размер, удельную поверхность, истинную плотность и микротвердость частиц) и технологические (насыпную плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость порошка) свойства получаемого металлического порошка. В некоторых случаях необходимо знание и более специфических свойств порошка, например цвета, блеска, кроющей способности красителя из него и пр. Очень часто некоторые свойства порошка одного и того же металла, определяющие применимость его для той или иной цели, существенно изменяются в зависимости от метода производства. Порошки, идентичные по химическому составу могут иметь разные физические характеристики и резко различаться по технологиче­ским свойствам, что приводит к значительным изменениям условий дальнейшего превращения порошка в готовые изделия и влияет на их свойства. Разнообразие требований, предъявляемых к порошкам в зависимости от области их применения, а также свойства (природа) самих металлов объясняют существование большого числа различных методов производства металлических порошков. Общепринятым является условное деление этих методов на физико-химические и механические (табл. 2).

К физико-химическим методам относят технологические про­цессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу и структуре существенно отличается от исходного материала. Основными являются методы восстановления, электролиз и термическая диссоциация карбонилов. Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без существенного изменения его химического состава. Чаще всего используют размол твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

Более универсальными являются физико-химические методы, хотя в практике порошковой металлургии четкой границы между двумя указанными группами методов нет. Зачастую в технологическую схему производства порошка включают отдельные элементы (операции) как механических, так и физико-химических методов их получения. Выбирая метод получения металлического порошка, учитывают, прежде всего, необходимость обеспечения требований, предъявляемых к конечной продукции из него, а также экономическую оценку соответствующих технологических процессов — себестоимость порошка, размер капиталовложений, стоимость дальнейшей переработки порошка в изделия.

Вопросы для повторения

1. Перечислите существующие методы получения металлических порошков.

2. В чем основное различие между механическими и физико-химическими методами получения металлических порошков?

3. Укажите основные промышленные методы производства металлических порошков и дайте им краткую характеристику.

Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник/, , и др.— Киев: Наукова думка, 1985.— 624 с. (с. 33—38).

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ

2.1 ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МЕТАЛЛОВ

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Этим способом можно превратить в порошок практически любой из металлов. Под измельчением понимают уменьшение начального размера частиц материала путем разрушения их под действием внешних усилий, преодолевающих внутренние силы сцепления. Измельчение дроблением, размолом или истиранием, являясь старейшим методом перевода твердых веществ в порошкообразное состояние, может быть или самостоятельным способом получения металлических порошков, или дополнительной операцией при других способах их изготовления. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как кремний, бериллий, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием и др. Размол вязких пластичных металлов (цинка, меди, алюминия и др.) затруднен, так как они в основном расплющиваются, а не разрушаются. Максимальная экономическая эффективность достигается при использовании в качестве сырья отходов, образующихся при обработке металлов.

При измельчении комбинируют раздавливание и удар (при получении крупных частиц), истирание и удар (при тонком измельчении). При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия расхо­дуется на упругую и пластическую деформации, на теплоту и образование новых поверхностей, которое и является конечной целью их превращения в порошок. Процесс деформации твердых тел заключается в том, что под действием внешних сил в наиболее слабых местах тела образуются замкнутые или начинающиеся на поверхности мельчайшие трещины. При прекращении внешнего воздействия трещины под действием молекулярных сил могут смыкаться («самозаживляться») и тело подвергается лишь упругой деформации. Разрушение наблюдается в том случае, когда трещины настолько увеличиваются, что пересекают твердое тело по всему его сечению в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения напряжения в деформирующемся теле превышают некоторое предельное значение (предел прочности материала), упругая деформация сменяется деформацией разрушения и происходит измельчение.

Согласно теории дробления, предложенной , работа, затрачиваемая на измельчение, в общем случае представляет собой сумму Слагаемое представляет собой энергию, расходуемую на образование новых поверхностей раздела при разрушении твердого тела (σ — удельная поверхностная энергия, т. е. энергия, приходящаяся на единицу поверхности тела, а ∆S — происходящее при измельчении приращение поверхности, равное разности между величинами поверхностей тела после и до разрушения). Слагаемое K∆Vвыражает энергию деформации (К — работа упругой и пластической деформации на единицу объема твердого тела, а ∆V— часть объема тела, подвергшаяся деформации). При крупном дроблении вновь образующаяся поверхность невелика, так как получаемые частицы значительны по размеру. В связи с этим σ∆S >KV . Поэтому расход энергии на измельчение приблизительно пропорционален вновь образующейся поверхности. К сожалению, сама работа диспергирования всегда исчезающе мала, так как почти вся энергия измельчающего устройства затрачивается на деформацию разрушаемого тела и на образование теплоты. Коэффициент полезного действия любого такого устройства очень низок.

Операцию механического измельчения твердых тел часто совмещают с одновременным приготовлением смесей порошков. Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием с образованием мелкой стружки или опилок, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование.

Металлические порошки различной крупности могут быть получены ультразвуковым диспергированием твердого вещества в жидкости.

Ультразвук представляет собой упругие колебания и волны, частота которых превышает 15—20 кГц (для низкочастотного ультразвука частота составляет 15—100 кГц, для средних частот — 100 к Гц — 10 МГц, для высокочастотного ультразвука — 10 МГц— 1 ГГц; упругие волны с частотами выше 1 ГГц называют гиперзвуком). Распространяясь в жидкости, твердом веществе или газе, упругие колебания создают звуковую волну, которая образует в соответствующей среде сгущения и разрежения с частотой налагаемых колебаний. Наличие ускорения при движении частиц среды, обладающих определенной массой, приводит к возникновению давления звуковой волны (звукового давления), избыточного по отношению к атмосферному давлению.

Механические способы получения порошков

К механическим способам получения порошков относят:

– дробление и размол;

– распыление расплавленного металла;

– обработка металлов резанием.

Дробление и размол. Метод наиболее эффективен, когда в качестве сырья для получения порошка используют отходы производства (обрезки, стружки). Этим способом можно получать порошок любого металла. Однако на практике он в основном используется для превращения в порошок губчатых осадков металлов, полученных электролизом или восстановлением газами, а также для измельчения хрупких металлов и сплавов.

В основе измельчения лежит ударное, скалывающее и истирающее действие так называемых мелющих тел, стенок измельчающих устройств и самой размалываемой массы. При дроблении твердых тел происходят упругие и пластические деформации, в процессе которых зарождаются и накапливаются микротрещины, приводящие к образованию новых поверхностей раздела и разрушению тел. Размолу легко поддаются хрупкие непластичные материалы

(кремний, марганец, различные тугоплавкие соединения). Значительно хуже поддаются размолу пластичные металлы (медь, цинк), которые при размоле расплющиваются и даже слипаются.

Общая схема получения порошков механическим измельчением обычно состоит из следующих операций:

– подготовка шихты, состоящая в предварительном грубом дроблении, по-лучении стружки, приготовлении сечки (малых кусков проволоки);

– измельчение шихты в различного вида мельницах;

– отжиг порошка для снятия наклёпа.

Для грубого дробления обычно используются щековые, молотковые, конусные и валковые дробилки, которые ничем не отличаются от дробилок, применяемых в горнорудной промышленности. Размер частиц, получаемых после грубого дробления, составляет 1 – 10 мм.

Окончательный размол и получение металлического порошка проводится в шаровых, вибрационных, вихревых, планетарных мельницах.

Распыление и грануляция жидких металлов является одним из наиболее производительных методов получения порошков. Распыление расплава является относительно простым и дешевым технологическим процессом производства порошков металлов с температурой плавления до 1600 ºС.

Сущность измельчения расплавленного металла состоит в дроблении струи расплава газом или водой при определённом давлении (распыление), либо ударами лопаток вращающегося диска (центробежное распыление), либо сливанием струи расплава в жидкую среду, например воду (грануляция).

Грануляция, как способ измельчения жидких металлов, издавна применяется для изготовления свинцовой дроби. При грануляции струю расплава сливают в воду, получая грубые порошки с размером частиц 0,5 — 1,0 мм и выше. Более мелкие фракции можно получать, если применять интенсивное размельчение струи расплава при помощи движущейся конвейерной ленты с последующим охлаждением капель металла в воде.

Читать еще:  Проводка в хрущевке схема 3 комнатной квартиры

Производство порошков обработкой металлов резанием на практике используются очень редко. Порошки получают при станочной обработке компактных металлов, подбирая такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не сливной стружки. При этом образующиеся отходы в виде крупной стружки целесообразно использовать для дальнейшего измельчения в шаровых, вихревых и других аппаратах, а мелкую стружку и опилки с величиной частиц порошка около 1 мм можно использовать для изготовления изделий без дополнительного дробления. В некоторых случаях применение этого метода для получения порошка является почти единственным. Прежде всего, это относится к тем металлам, которые очень активны по отношению к кислороду, особенно в состоянии высокой дисперсности. Например, по этому способу получают магниевый порошок.

Физико-химические методы получения порошков

К физико-химическим методам получения порошков относят:

– восстановление оксидов и солей;

Восстановление оксидов и солей является одним из наиболее распространенных и экономичных способов, особенно когда в качестве исходного материала используют руды, отходы металлургического производства (окалина) и другие дешевые виды сырья.

Восстановлением в техническом смысле этого слова, называют процесс получения металла из его химического соединения путем отнятия неметаллической составляющей (кислород, солевой остаток) при помощи вещества, называемого восстановителем. В порошковой металлургии в качестве восстановителя наиболее распространены:

— оксид углерода (СО);

— конвертируемый природный газ;

— эндотермический газ (эндогаз);

— твердый углерод (кокс, уголь, сажа);

Электролиз. Среди физико-химических методов получения металлических порошков электролитический способ по промышленному распространению занимает второе место после восстановления.

Получение порошков электролизом заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого металла или его расплавленных солей при пропускании через них постоянного электрического тока и последующей разрядке соответствующих ионов металла на катоде.

Гидрометаллургический способ. Метод является одним из способов хлорной металлургии, в которой используются активные свойства хлора и хлоридов для получения редких металлов и веществ в высокочистом состоянии, когда другие известные методы не могут быть применены. Метод может быть использован и для получения легированного порошка из комплексных руд, содержащих никель, хром, ванадий и другие легирующие элементы, и перерабатываемые в настоящее время с большими потерями указанных элементов.

Сущность способа заключается в том, что металлосодержащий материал подвергается процессу восстановления. Полученный продукт обрабатывается соляной кислотой, в результате чего металл переходит в раствор, образуя хлориды по схеме:

Нерастворимые компоненты (пустая порода, зола и др.) остаются в осадке. Раствор отделяют от осадка фильтраций, упаривают до концентрации насыщения и подвергают кристаллизации. Полученные кристаллы хлоридов восстанавливают водородом.

Применительно к комплексным рудам в раствор переходят железо, никель, хром, ванадий, марганец. Нерастворимый осадок имеет самостоятельную ценность, так как после перевода в раствор железа и некоторых легирующих элементов он обогащается другими компонентами.

Дата добавления: 2019-07-15 ; просмотров: 101 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Методы получения металлических порошков, свойства порошков

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Цель работы: Ознакомление с технологией получения деталей и заготовок методом порошковой металлургии. Приобретение практических навыков в дозировании шихты, прессовании деталей и контроле качества деталей.

Задачи работы

1. Изучить процесс изготовления деталей из металлических порошков.

2. Произвести расчет и дозирование шихты.

3. Определить необходимое усилие прессования заготовок.

4. Произвести прессование заготовок на гидравлическом прессе.

5. Определить пористость заготовок.

Оборудование, инструменты и принадлежности

1. Гидравлический пресс (1 шт.).

2. Пресс-форма (1 шт.).

3. Лабораторные весы (1 шт.).

4. Разновесы (1 комплект).

6. Микрометр ГОСТ 7507-60 (1 шт.).

Теоретическая часть

Введение

Порошковая металлургия (ПМ)― это процесс изготовления деталей из металлических порошков и их смесей с неметаллическими материалами без расплавления основного компонента.

Используя методы ПМ, можно изготавливать изделия из тугоплавких металлов, создавать материалы с особыми составами, структурой и свойствами, иногда вообще недостижимыми при применении других методов производства, либо с обычным уровнем свойств, но при существенно лучших экономических показателях.

Методы ПМ позволяют получить материалы деталей, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, стабильными магнитными свойствами, а также полупроводниковые материалы. Детали можно получать из чистых металлов, сплавов и композиций металлов с неметаллами, которые невозможно создать приемами обычной металлургии вследствие их жаропрочности или неспособности сплавляться.

В ПМ используют следующие металлические порошки: железные, кобальтовые, вольфрамовые, никелевые, серебряные, медные, алюминиевые, оловянные и свинцовые.

Механические свойства изделий из чистых металлических порошков близки к свойствам литых деталей. В некоторых случаях удается подобрать режимы прессования и спекания, обеспечивающие повышенную прочность изделий.

Механические свойства деталей, полученных из металлических порошков, незначительно уступают механическим свойствам литых и кованых заготовок. Методами ПМ могут быть изготовлены такие же детали, что и из отливок, но с тем существенным отличием, что потери при изготовлении этих деталей методами ПМ составляют 3-7%, тогда как при изготовлении из отливок отходы материала иногда достигают 80%. Процессы порошковой металлургии наиболее эффективны в условиях крупносерийного и массового производства.

Методы получения металлических порошков, свойства порошков

Методы получения металлических порошков делят на механические, обычно используемые для переработки отходов, и физико-химические, дающие возможность получать очень чистые шихтовые материалы.

Механическое измельчение (дроблением, размолом или истиранием) ― старейший метод перевода твердых веществ в порошкообразное состояние. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов. В качестве сырья лучше использовать стружковые и другие отходы, образующиеся при обработке металлов.

Операция механического измельчения часто совмещается с операцией приготовления смесей порошков.

Механические методы получения порошков это:

1) обработка металлов резанием с превращением их в мелкую стружку или опилки. Так получают, например, магнитный порошок путем царапания компактного магния стальными щетками или на специальных фрезерных станках;

2) измельчение металла в шаровых (карбиды титана, вольфрама, кремния и др.), вихревых (ковкие металлы) и др. типах мельниц;

3) ультразвуковое диспергирование. Его ведут в воде, спирте, ацетоне и др. жидкостях. Механизм его состоит в расклинивающем действии кавитационных ударов. Полученные порошки достаточно химически чистые, но частицы содержат больше микроискажений, чем после измельчения в шаровой мельнице.

Для получения порошков может использоваться и диспергирование расплавов.

Физико-химические методы ― это такие технологические процессы, которые связаны с существенным изменением химического состава исходного материала в результате происходящих в нем глубоких физико-химических превращений. По сравнению с механическими методами физико-химические более универсальны, причем некоторые требования, предъявляемые к металлическим порошкам, можно удовлетворить, используя только их.

К физико-химическим методам относятся:

1) получение металлических порошков восстановлением химических соединений. Этим методом могут быть получены практически все металлы. В общем случае простейшую реакцию восстановления можно представить как:

МеА + Х Ме + ХА ± Q,

где Ме ― любой металл, порошок которого требуется получить;

А ― неметаллическая составляющая (кислород, фтор, хлор, солевой остаток и др.) восстанавливаемого химического соединения МеА;

Q ― Тепловой коэффициент реакции;

2) производство металлических порошков электролизом растворов или расплавов соединений металлов. Это своеобразный процесс восстановления, при котором перераспределение электронов и передача их металлу с одновременной перестройкой структуры происходят не с помощью восстановителей, а за счет использования энергии электрического поля.

Электролиз используется для выделения порошков: меди, серебра, железа, никеля, кобальта, хрома, олова и др.

Существуют и другие физико-химические методы получения порошков.

Металлические порошки принято характеризовать химическими, физическими и технологическими свойствами.

В некоторых случаях необходимо характеризовать порошки по специальным свойствам : а) коррозионная стойкость, б) химическая активность, в) адсорбционная способность, г) цвет, д) блеск и т. п.

Знание свойств порошков необходимо для правильной организации техпроцесса производства заготовок. Основные характеристики порошков регламентированы ГОСТ или ТУ.

Химические свойства порошков ― это содержание основного металла, примесей (или загрязнений) и газов, пирофорность и токсичность.

Для получения большинства изделий из порошков содержание основного металла в них должно быть не ниже 98-99%.Предельное содержание примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции.

В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислорода, водорода, азота и др.), как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления. Большое количество газов увеличивает хрупкость порошков, затрудняет формование, а интенсивное их выделение может привести к короблению изделий. Поэтому порошки часто подвергают вакуумной обработке для отгонки газов.

Для некоторых порошков характерна способность к самовозгоранию при соприкосновении с воздухом ― пирофорность. К таким порошкам относятся тонкие порошки железа, кобальта, алюминия, циркония и др. Например, для циркония со средним размером частиц 3-6 мкм пирофорность проявляется при его расположении в слое при 180 °С, а для взвешенной в воздухе пыли циркония ― при 20 °С.

Пыль любого металла может воздействовать на человека и вызывать патологические изменения в организме, т.е. быть токсичной. Поэтому при контакте с порошком обращается особое внимание на соблюдение мер, обеспечивающих безопасность работающих.

Физическими свойствами порошков являются: а) форма частиц; б) размеры и распределение их по крупности; в) удельная поверхность; г) пикнометрическая плотность; д) микротвердость.

Она зависит от метода получения и обработки порошка и бывает: сферическая (распыление расплава с кристаллизацией частиц в свободном полете), губчатая (восстановление оксидов), оскольчатая (измельчение в шаровой мельнице), дендритная (электролиз водных растворов и расплавов солей) и др.

б) Размер частиц.

Металлические порошки состоят из частиц различной крупности. В зависимости от набора размеров частиц порошок характеризуется гранулометрическим (фракционным) составом. Фракция ― это диапазон размеров частиц между их максимальным и минимальным значениями. Гранулометрический состав ― содержание частиц (%) в определенных фракциях по отношению к их общему количеству.

В зависимости от размеров частиц порошки условно делят на группы: ультрадисперсные (до 500 нм), ультратонкие (0,5-10 мкм), тонкие (10-40 мкм), средней крупности (40-250 мкм), грубые или крупные (250-1000 мкм).

Гранулометрический состав определяют различными методами анализа: ситовым, микроскопическим и др.

в)Удельная поверхность порошка ― это суммарная поверхность всех частиц, составляющих его единицу массы (или объема). Для различных порошков она составляет от 0,01 до 10-20 м 2 /г. Величина удельной поверхности определяет активность протекания физико-химических процессов, сопутствующих формированию свойств частиц, их компактированию, спеканию, взаимодействию с окружающей средой и т.д.

Удельная поверхность порошка определяется дисперсностью, формой и состоянием поверхности его частиц. Для ее определения используют методы измерения газопроницаемости и адсорбции.

Плотность частицы порошка ― это отношение ее массы к занимаемому объему и зависит от совершенства внутренней макро- и микроструктуры частицы, наличия оксидов, нитридов и т.д. Для сплавов плотность частицы зависит также от равномерности распределения легирующих элементов и фаз.

Пикнометрическую (истинную) плотность частицы порошка определяют при помощи мерных сосудов ― пикнометров.

Читать еще:  Шиномонтажный станок своими руками чертежи видео

Она позволяет косвенно оценивать способность частиц к деформированию. Ее определяют по величине отпечатка, оставленного при вдавливании алмазного наконечника (индентора) конусной формы в полированную плоскую поверхность частиц порошка, закрепленных в шлифе.

Технологические свойства порошков это: а) угол естественного откоса, б) насыпная плотность, в) текучесть, г) плотность утряски, д) уплотняемость, е) прессуемость, ж) формуемость.

Знание технологических характеристик позволяет в сочетании с известными физическими свойствами оценивать поведение исследуемых порошков при их компактировании, скорость заполнения порошком пресс-форм, величину необходимого при прессовании давления и т.д.

а) Угол естественного откоса ― это угол, образованный поверхностью конуса свободно насыпанного порошка и горизонтальной плоскостью в его основании.

Для большинства порошков он составляет 25-70°; он уменьшается с ростом текучести порошков; его значения минимально для порошков со сферической формой частиц. Угол естественного откоса характеризует равновесное состояние порошка при отсутствии воздействия на него внешних сил; этот угол является также и углом трения.

б) Насыпная плотность ― это масса единицы объема порошка при свободной его насыпке.

Эта характеристика определяется плотностью материала порошка, размером (формой) его частиц, плотностью укладки частиц и состоянием их поверхности. Например, сферические порошки с гладкой формой частиц обеспечивают более высокую насыпную плотность.

Насыпную плотность определяют по ГОСТ на приборе, называемом волюмометр.

Насыпную плотность учитывают при расчете объема полости матрицы при прессовании.

Величина, обратная насыпной плотности, характеризует объем, занимаемый единицей массы порошка, который называют насыпным объемом. Эта величина помогает оценить способность порошка к наполнению формующей полости матрицы пресс-формы.

в) Плотность утряски.

При приложении механических колебаний к сосуду с порошком его частицы, перераспределяясь друг относительно друга, расположатся существенно более компактно. Сокращение объема произойдет без деформации частиц порошка. Отношение массы порошка к величине этого нового, уменьшенного объема, называют плотностью утряски.

Метод определения этой характеристики регламентируется ГОСТ.

Плотность утряски (а она по сравнению с насыпной плотностью может увеличиваться на 25-50%) зависит от тех же свойств порошка, что и насыпная плотность.

Отношение насыпной плотности к плотности утряски дает также качественное представление о текучести порошка.

г) Текучесть порошка ― это его способность перемещаться под действием силы тяжести, которая оценивается временем истечения (с) навески порошка массой 50 г через калиброванное отверстие диаметром 2,5 мм.

Текучесть зависит от плотности материала, гранулометрического состава, формы и состояния поверхности частицы, степени окисления и т.д.

Текучесть учитывают при определении производительности автоматических процессов. Текучесть ухудшается при увлажнении порошка, увеличении его удельной поверхности и доли мелкой фракции. Она несколько улучшается при окислении поверхности частиц.

д) Уплотняемость порошков показывает их способность к уменьшению занимаемого объема под воздействием давления или вибрации.

Данные по уплотняемости представляют в виде таблицы или графика зависимости плотности прессовок от давления прессования.

е) Прессуемость порошка оценивают его способностью образовывать под воздействием давления тело, имеющее заданные размеры, форму и плотность.

Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью.

ж) Формуемость порошка оценивают его способностью сохранять приданную ему в результате прессования форму в заданном интервале пористости.

Формуемость порошка зависит в основном от формы, размера и состояния поверхности частиц.

Дата добавления: 2016-10-06 ; просмотров: 1796 | Нарушение авторских прав

Глава 1. Классификация методов получения порошков (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ

Металлические порошки — основа порошковой металлургии, тех­нология которой начинается с их получения. Мировое производство порошков черных и цветных металлов ежегодно возрастает, и темпы роста в течение длительного времени остаются достаточно высокими (табл. 1).

Производство железных порошков в Европе и Америке в 1983 г. увеличилось на 39 %, а в 1984 г.— на 56 % по отношению к уровню 1982 г. и по оценкам может достичь к 1995 г. 1,5—1,8 млн. т. В 1987 г. мировое производство порошков железа и цветных ме­таллов составило 655 тыс. т. В СССР производство железных по­рошков в XI пятилетке удвоилось и к концу 1990 г. должно было возрасти еще в 2 раза (в 1987 г. достигло 100 тыс. т).

Динамичное наращивание производства металлических порош­ков связано с развитием имеющихся и разработкой более дешевых и простых способов их получения. Метод производства и природа соответствующего металла, сплава или металлоподобного соедине­ния определяют химические (содержание основного металла, при-

Таблица 1. Объемы годового выпуска металлических порошков в капиталистических странах, тыс. т

Медный и сплавов на

Медный и сплавов на основе меди

месей и загрязнений, пирофорность и токсичность), физические (форму, размер, удельную поверхность, истинную плотность и микротвердость частиц) и технологические (насыпную плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость порошка) свойства получаемого металлического порошка. В некоторых случаях необходимо знание и более специфических свойств порошка, например цвета, блеска, кроющей способности красителя из него и пр. Очень часто некоторые свойства порошка одного и того же металла, определяющие применимость его для той или иной цели, существенно изменяются в зависимости от метода производства. Порошки, идентичные по химическому составу могут иметь разные физические характеристики и резко различаться по технологиче­ским свойствам, что приводит к значительным изменениям условий дальнейшего превращения порошка в готовые изделия и влияет на их свойства. Разнообразие требований, предъявляемых к порошкам в зависимости от области их применения, а также свойства (природа) самих металлов объясняют существование большого числа различных методов производства металлических порошков. Общепринятым является условное деление этих методов на физико-химические и механические (табл. 2).

К физико-химическим методам относят технологические про­цессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу и структуре существенно отличается от исходного материала. Основными являются методы восстановления, электролиз и термическая диссоциация карбонилов. Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без существенного изменения его химического состава. Чаще всего используют размол твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

Более универсальными являются физико-химические методы, хотя в практике порошковой металлургии четкой границы между двумя указанными группами методов нет. Зачастую в технологическую схему производства порошка включают отдельные элементы (операции) как механических, так и физико-химических методов их получения. Выбирая метод получения металлического порошка, учитывают, прежде всего, необходимость обеспечения требований, предъявляемых к конечной продукции из него, а также экономическую оценку соответствующих технологических процессов — себестоимость порошка, размер капиталовложений, стоимость дальнейшей переработки порошка в изделия.

Вопросы для повторения

1. Перечислите существующие методы получения металлических порошков.

2. В чем основное различие между механическими и физико-химическими методами получения металлических порошков?

3. Укажите основные промышленные методы производства металлических порошков и дайте им краткую характеристику.

Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник/, , и др.— Киев: Наукова думка, 1985.— 624 с. (с. 33—38).

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ

2.1 ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МЕТАЛЛОВ

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Этим способом можно превратить в порошок практически любой из металлов. Под измельчением понимают уменьшение начального размера частиц материала путем разрушения их под действием внешних усилий, преодолевающих внутренние силы сцепления. Измельчение дроблением, размолом или истиранием, являясь старейшим методом перевода твердых веществ в порошкообразное состояние, может быть или самостоятельным способом получения металлических порошков, или дополнительной операцией при других способах их изготовления. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как кремний, бериллий, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием и др. Размол вязких пластичных металлов (цинка, меди, алюминия и др.) затруднен, так как они в основном расплющиваются, а не разрушаются. Максимальная экономическая эффективность достигается при использовании в качестве сырья отходов, образующихся при обработке металлов.

При измельчении комбинируют раздавливание и удар (при получении крупных частиц), истирание и удар (при тонком измельчении). При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия расхо­дуется на упругую и пластическую деформации, на теплоту и образование новых поверхностей, которое и является конечной целью их превращения в порошок. Процесс деформации твердых тел заключается в том, что под действием внешних сил в наиболее слабых местах тела образуются замкнутые или начинающиеся на поверхности мельчайшие трещины. При прекращении внешнего воздействия трещины под действием молекулярных сил могут смыкаться («самозаживляться») и тело подвергается лишь упругой деформации. Разрушение наблюдается в том случае, когда трещины настолько увеличиваются, что пересекают твердое тело по всему его сечению в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения напряжения в деформирующемся теле превышают некоторое предельное значение (предел прочности материала), упругая деформация сменяется деформацией разрушения и происходит измельчение.

Согласно теории дробления, предложенной , работа, затрачиваемая на измельчение, в общем случае представляет собой сумму Слагаемое представляет собой энергию, расходуемую на образование новых поверхностей раздела при разрушении твердого тела (σ — удельная поверхностная энергия, т. е. энергия, приходящаяся на единицу поверхности тела, а ∆S — происходящее при измельчении приращение поверхности, равное разности между величинами поверхностей тела после и до разрушения). Слагаемое K∆Vвыражает энергию деформации (К — работа упругой и пластической деформации на единицу объема твердого тела, а ∆V— часть объема тела, подвергшаяся деформации). При крупном дроблении вновь образующаяся поверхность невелика, так как получаемые частицы значительны по размеру. В связи с этим σ∆S >KV . Поэтому расход энергии на измельчение приблизительно пропорционален вновь образующейся поверхности. К сожалению, сама работа диспергирования всегда исчезающе мала, так как почти вся энергия измельчающего устройства затрачивается на деформацию разрушаемого тела и на образование теплоты. Коэффициент полезного действия любого такого устройства очень низок.

Операцию механического измельчения твердых тел часто совмещают с одновременным приготовлением смесей порошков. Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием с образованием мелкой стружки или опилок, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование.

Металлические порошки различной крупности могут быть получены ультразвуковым диспергированием твердого вещества в жидкости.

Ультразвук представляет собой упругие колебания и волны, частота которых превышает 15—20 кГц (для низкочастотного ультразвука частота составляет 15—100 кГц, для средних частот — 100 к Гц — 10 МГц, для высокочастотного ультразвука — 10 МГц— 1 ГГц; упругие волны с частотами выше 1 ГГц называют гиперзвуком). Распространяясь в жидкости, твердом веществе или газе, упругие колебания создают звуковую волну, которая образует в соответствующей среде сгущения и разрежения с частотой налагаемых колебаний. Наличие ускорения при движении частиц среды, обладающих определенной массой, приводит к возникновению давления звуковой волны (звукового давления), избыточного по отношению к атмосферному давлению.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×