Механические свойства определяют надёжность работы детали из порошкового металла в реальных условиях. Прочность, износостойкость, ударопрочность, пластичность и усталостная долговечность — это не просто цифры в технических характеристиках. Они влияют на срок службы детали, её допустимую нагрузку и способность выдерживать нагрузки в рабочей среде.
При проектировании или выборе изделия, изготовленного методом порошковой металлургии, вы часто сталкиваетесь с тем, что небольшие различия в этих свойствах могут стать решающим фактором между успехом и преждевременным отказом. В следующих разделах вы узнаете, как определяется каждое свойство, какие значения обычно достигаются и какие методы используются для их улучшения в сложных условиях применения.
Содержание:
Что такое детали из порошкового металла?
Детали из порошкового металла Изготавливаются путём прессования тонкодисперсных металлических порошков в пресс-форме с последующим спеканием при высоких температурах для связывания частиц. Спечённые металлические детали могут быть изготовлены как из чёрных металлов (например, железа, стали, нержавеющей стали), так и из цветных металлов (например, меди, алюминия, бронзы, латуни, титана). Регулируя состав этих порошков, можно адаптировать механические свойства к конкретным условиям применения. Тщательный контроль методов прессования порошков и параметров спекания позволяет изготавливать детали со стабильным качеством, превосходной размерной точностью и надёжной работой.
Механические свойства порошковых металлических деталей
Предел прочности на разрыв
Предел прочности на разрыв – это напряжение или нагрузка, которые может выдержать материал до разрушения; он отражает несущую способность деталей из порошкового металла. Предел прочности на разрыв деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, зависит от материала и вторичной обработки. Например, предел прочности на разрыв деталей из порошка чёрных металлов может достигать 900 Н/мм² и может быть увеличен до 1200 Н/мм² посредством термической обработки или спекания. Высокая прочность на разрыв деталей из порошкового металла позволяет им надёжно работать при высоких нагрузках.
Предел текучести
Предел текучести любых деталей из порошкового металла представляет собой напряжение, при котором деталь будет испытывать остаточную деформацию.
Например, ФК-0205-30 (порошковые металлы на основе железа с ~2% меди и ~0.5% углерода) имеют предел текучести (0.2%) около 240 МПа после спекания.
В сравнении, ФК-0208-50 (порошковый металл на основе железа с ~2% меди и ~0.8% углерода) достигает предела текучести при растяжении около 380 МПа после спекания.
Высокий предел текучести гарантирует, что компоненты смогут сохранять свою структурную целостность при растягивающих и сжимающих нагрузках.
Предел выносливости
Усталость компонентов из порошкового металла показывает, насколько циклическую нагрузку они могут выдержать. Компоненты из порошковых металлов обладают высокой усталостной прочностью благодаря своей пористой структуре и уникальным методам изготовления. ФК-0208-50 (порошковый металл на основе железа с ~2% Cu и ~0.8% C) показывает Предел усталости РБФ (90% выживаемость) около 160 МПа после спекания, тогда как ФЛ-4405-40 (~4% Ni, ~4% Cu, ~0.5% C) обеспечивает примерно 190 МПа в спеченном состоянии.
Ударопрочность
Ударопрочность — важная механическая характеристика порошковых металлических деталей, подвергающихся ударным нагрузкам или соударениям. Спеченные порошковые детали демонстрируют повышенную ударопрочность благодаря контролю состава сплава и плотности. Добавление в металлический порошок определённого элемента, например, 1–4% никеля, повышает общую ударопрочность этих деталей.
тягучесть
Пластичность — это свойство материала деформироваться под действием силы растяжения. Пластичность важна для деталей из порошкового металла, которые в процессе эксплуатации изгибаются. Пластичность можно контролировать, изменяя размер пор деталей из порошкового металла. Пластичность выражается в процентах удлинения. Детали из черных металлов, изготовленные методом порошковой металлургии, обычно имеют более низкую пластичность — около 2%.
Износостойкость
Износостойкость — это способность материала противостоять разрушению в результате трения, истирания или контакта с абразивными средами. Детали из порошкового металла, изготовленные методом порошковой металлургии, обладают исключительной износостойкостью, поскольку в их состав могут быть включены твёрдые и износостойкие материалы. Например, цементированные детали из порошковой металлургии демонстрируют повышенную износостойкость при обработке с оптимизированными параметрами.
Факторы, влияющие на механические свойства деталей из порошковых металлов
Характеристики порошка
Металлический порошок с более мелкими частицами обеспечивает эффективную упаковку, что приводит к повышению плотности в сыром виде. В результате повышается прочность компонентов металлического порошка. Однако очень мелкие частицы могут обладать плохой текучестью, поэтому хорошо контролируемое распределение размеров частиц обеспечивает более эффективную упаковку.
Давление уплотнения
При изготовлении деталей из порошкового металла пресс-форма изготавливается под высоким давлением. Это давление напрямую влияет на плотность заготовки. Повышенное давление уменьшает пустоты между частицами, создавая плотную прессовку. В результате повышаются прочность прессовки, твёрдость, износостойкость и предел текучести металлических деталей.
Спекание температуры
Пористость и плотность порошкового металлического компонента напрямую зависят от температуры спекания. С повышением температуры спекания увеличивается и плотность компонентов, что приводит к получению изделия с улучшенными механическими свойствами, такими как высокая твёрдость и прочность.
Улучшение механических свойств деталей из порошковых металлов
Перепрессовка и повторное спекание
Прессование и повторное спекание являются эффективными вторичными операциями в порошковой металлургии. При повторном прессовании порошковая деталь дополнительно уплотняется под высоким давлением, что приводит к повышению точности её размеров, а при повторном спекании увеличивается плотность частиц порошка.
Для деталей, изготовленных из Fe-2Ni-0.8Mo-0.5C, прессование увеличило плотность с 6.79 г/см³ до 7.08–7.45 г/см³ при давлении прессования 414 МПа и 827 МПа соответственно.
Теплое уплотнение
Теплое уплотнение Нагревание порошка и инструмента перед прессованием обычно осуществляется до температуры 120–150 °C. Этот экономичный метод увеличивает плотность изделий, изготовленных методом порошковой металлургии, достигая 7.2–7.5 г/см³ после спекания.
Термическая обработка
Такие процессы термической обработки, как спекание, цементация и отпуск, позволяют повысить твёрдость, прочность и пластичность деталей, полученных методом порошковой металлургии. Цементация применяется к деталям из стали или железа для повышения твёрдости поверхности и износостойкости.
В этом процессе деталь нагревается в среде, богатой углеродом, в результате чего атомы углерода диффундируют в поверхность и образуют твёрдые карбиды. Этот закалённый слой повышает несущую способность детали, сохраняя прочную и пластичную сердцевину, что делает её идеальным материалом для зубчатых передач, валов и других износостойких деталей.
Проникновение меди
Медная инфильтрация Фактически, это процесс уплотнения в порошковой металлургии, при котором расплавленная медь втягивается в поры компонентов порошковой металлургии под действием капиллярных сил. В результате усиливается межзеренное сцепление частиц, что приводит не только к увеличению плотности, но и к повышению прочности на разрыв, твёрдости и ударопрочности.
Смола Пропитка
Пропитка смолой Это также метод последующей обработки порошковых металлических деталей, при котором поры деталей заполняются смолой. Это приводит к повышению износостойкости, защите от коррозии и общей механической прочности. Пропитка выполняется методом влажной вакуумной или сухой вакуумной пропитки или анаэробной пропитки полиэфирной смолой с последующим отверждением для создания прочного внутреннего уплотнения. Этот метод применяется к деталям, работающим под циклическими нагрузками, например, к корпусам коробок передач в автомобильной промышленности.
Порошковая металлургия обладает огромным потенциалом и может применяться в автомобилях, электроинструментах, бытовой технике и промышленных двигателях. Мы убеждены, что она может способствовать устойчивому развитию за счет максимального использования материалов, сокращения отходов и снижения энергопотребления.
Компания BLUE поставляет полный ассортимент стандартных деталей без платы за пресс-формы. Вы можете скачать наш список продуктов Бесплатно и выберите то, что вам нужно. Если нужной вам детали нет в списке, мы изготовим её по индивидуальному заказу. детали из порошкового металла с учетом особенностей вашего применения.