- •1. Порошковые материалы
- •Общие сведения
- •Конструкционные материалы
- •Механические свойства и назначения порошковых конструкционных общемашиностроительных материалов
- •Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов
- •1.3. Антифрикционные материалы
- •1.4. Фрикционные материалы
- •1.5. Пористые фильтрующие элементы
- •1.6. Композиционные материалы
- •1.6.1. Общие сведения
- •1.6.2. Строение композиционных материалов
- •1.6.3. Дисперсно-упрочненные материалы
- •1.6.4. Армированные волокнистые материалы
- •Композиция «алюминий – металлическая проволока»
- •1.6.5. Металлокерамические твердые сплавы
- •Неметаллические материалы
- •Строение и свойства полимеров
- •Особенности строения полимеров
- •2.1.2. Свойства линейных полимеров
- •2.1.3. Свойства полимеров сетчатой структуры
- •2.2. Пластические массы
- •Механические свойства термопластических пластмасс
- •2.2.1. Термореактивные пластмассы
- •Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)
- •Механические свойства высокопрочных стеклотекстолитов
- •Примечание. Данные прочности по основе помечены звездочкой (*), в направлении перпендикулярно слоям – двумя звездочками (**).
- •2.2.2. Синтетические эластомеры, каучук, резина
- •Физико-механические свойства каучуков и резин
- •2.2.3. Рекомендации по использованию пластмасс в машиностроении
- •2.3. Стекло
- •Свойства некоторых промышленных стекол и ситалла
- •2.4. Керамические материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •Библиографический список
- •1. Порошковые материалы 4
- •1.1. Общие сведения 4
- •1.6.1. Общие сведения 19
- •2.3. Стекло 63
- •2.4. Керамические материалы 67
- •2.5. Полупроводниковые материалы 75
Конструкционные материалы
Конструкционные детали являются наиболее распространенным видом продукции порошковой металлургии. С учетом почти полного отсутствия отходов, изготовление детали имеет минимальную стоимость и трудоемкость. Различают конструкционные порошковые материалы общего назначения, заменяющие обычные углеродистые и легированные стали, чугуны и цветные металлы и материалы, обладающие специальными свойствами – высокой износостойкостью, твердостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, специфическими магнитными и электрическими характеристиками. В зависимости от условий нагружения различают мало-, средне- и тяжело нагруженные детали, которые в свою очередь делятся на тяжело нагруженные статическими и динамическими усилиями.
В зависимости от пористости, детали из порошковых материалов по плотности делятся на четыре группы.
Малонагруженные детали обычно имеют пористость 16–25 %, соответствующую 1-й группе плотности. Их изготовляют путем холодного прессования и спекания из железного порошка с добавкой графита либо из порошков углеродистых сталей.
Средненагруженные порошковые детали изготовляют двукратным холодным прессованием и спеканием из порошков углеродистых или низколегированных сталей, а также из железного порошка с добавкой углерода, меди, никеля. Пористость материала при этом должна составлять 10–15 %, что соответствует 2-й группе плотности.
Тяжело нагруженные статическими усилиями детали изготовляют из порошков углеродистых или легированных сталей и цветных сплавов. Пористость материала не должна превышать 9 % (3-я группа плотности). Изделия получают холодным прессованием и спеканием с последующей дополнительной горячей и холодной штамповкой или горячим прессованием. Применяют также пропитку легкоплавкими металлическими расплавами с последующей термической обработкой.
Тяжело нагруженные динамическими нагрузками детали изготавливают из порошков углеродистых и легированных сталей и сплавов цветных металлов с пористостью не более 2 % (4-я группа плотности). В этом случае проводят холодное прессование, спекание, горячую штамповку, горячее прессование или химико-термическую обработку.
На рис. 1 представлена зависимость относительной прочности σотн = = (σпор / σкомп) · 100 от относительной плотности γотн = = (γотн / γкомп) · 100 порошковых материалов при различных технологических процессах формообразования, где σпор, γпор – прочность и плотность порошковых материалов, а σкомп, γкoмп – прочность и плотность компактных материалов. С увеличением плотности одновременно возрастают пластичность и ударная вязкость. Изменяя пористость, можно регулировать плотность и механические свойства деталей, подбирать материалы с заданным уровнем свойств для конкретных условий работы изделий.
Холодное прессование с обычными скоростями процесса может обеспечить относительную плотность не более 84–85 %. После спекания такие материалы имеют относительную прочность около 50 %. Дальнейшее повышение плотности при холодном прессовании возможно за счет повышения скорости процесса до 6–20 м/с. При этих скоростях достигается относительная плотность до 94–95 % и относительная прочность возрастает до 75 %. Применением горячей штамповки можно достичь плотности, близкой к 100 %. Прочность таких порошковых материалов сопоставима с прочностью беспористых литых или кованых материалов соответствующего состава и структуры.
Для обозначения порошковых конструкционных материалов принята буквенно-цифровая маркировка.
В марках конструкционных материалов на основе порошков железа, легированных медью, хромом, никелем и т. д., приняты следующие обозначения: Ж – железо, Гр – графит, Д – медь, Н – никель, О – олово, М – молибден. Цифры после букв обозначают массовую долю элементов, проценты, а цифра в конце марки после тире – плотность материала (в г/см3). Например: ЖГр0,5-7,3; ЖГр0,4Д4Н3-7,3.
В марках порошковых конструкционных материалов из углеродистых и легированных сталей первая буква определяет класс материалов («С» – сталь), вторая буква «П» указывает на то, что материалы получены методами порошковой металлургии. Первая цифра после букв «СП», как и в случае конструкционных сталей, показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры после них – их среднее содержание в целых процентах. В конце марки через тире указывается группа плотности материала (1–4). В табл. 1 приведены механические свойства некоторых марок порошковых материалов для различных условий нагружения.
Таблица 1