Компактированный металлический порошок имеет низкую механическую прочность и слишком хрупок для практического использования.
В порошковой металлургии процесс спекания нагревает сырую заготовку ниже температуры плавления, что позволяет частицам металла сцепиться и уплотниться. Это значительно повышает прочность, твёрдость и структурную целостность детали.
Этапы процесса спекания
Процесс спекания разворачивается в три ключевых этапа: предварительный нагрев, основное спекание и охлаждение. Каждый этап имеет решающее значение для достижения полезных свойств, таких как прочность на растяжение, механическая прочность.
Предварительное спекание (депарафинизация)
Предварительное спекание — это начальный этап, на котором порошкообразный металлический компонент постепенно нагревается до температуры 500–900 °C.
Почему это необходимо?
Удаление смазок и связующих веществ из уплотненных частиц порошка является основной целью. Эти смазочные вещества и связующие вещества, хотя и способствуют уплотнению, должны быть удалены, чтобы предотвратить склеивание и уплотнение между порошками
Кроме того, предварительное спекание уменьшает количество оксидов на поверхности металлических порошков. Эти оксиды должны быть восстановлены до того, как частицы порошка могут быть спечены и уплотнены для производства высокопроизводительных заготовок.
Смазочные материалы, такие как стеарат цинка, при нагревании и разложении выделяют оксид углерода. Угарный газ, превышающий 18 об.%, легко реагирует с образованием углерода или диоксида углерода, которые образуют углеродные отложения на поверхности заготовки. Это сделает поверхность заготовки похожей на пузырьки или вздутия. Вы можете контролировать скорость потока спекающей атмосферы, чтобы ускорить решение этой проблемы.
Высокотемпературное спекание
Вот где происходит волшебство.
На этом этапе температура повышается примерно до 70-90% от точки плавления металла. Возьмем, к примеру, детали на основе меди, которые спекаются при температуре около 820°C, детали на основе железа — около 1120°C, а детали из нержавеющей стали — около 1250°C.
Высокотемпературное спекание осуществляется в три этапа.
- Начальная стадия: Уплотненные частицы порошка начинают образовывать лицевые контакты (шеи), и материал начинает слегка уплотняться. На этой стадии большинство пор в деталях соединяются между собой.
- Промежуточная стадия: С течением времени шейки постепенно становятся больше, а зерна начинают расти. Это приводит к уменьшению пористости и значительному увеличению плотности.
- Финальная стадия: На этом этапе большинство пор изолированы. Газ в порах замедляет дальнейшее уплотнение. Кроме того, на финальной стадии скорость роста зерен значительно увеличивается.
На рисунке ниже показано относительное изменение плотности заготовки в процессе высокотемпературного спекания.
Таким образом, после высокотемпературного спекания значительно улучшаются механические свойства сырой прессовки, такие как твердость, прочность и износостойкость.
Охлаждение
Стадия охлаждения следует за основным процессом спекания. Она затвердевает и стабилизирует детали. Постепенное охлаждение от высокой до комнатной температуры сохраняет структурную целостность детали, установленную во время спекания.
Скорость охлаждения имеет решающее значение для формирования микроструктуры материала. Более медленные скорости рекомендуются, поскольку они улучшают микроструктуру и улучшают механические свойства, такие как ударная вязкость и прочность.
Эффективное охлаждение помогает снять напряжения, возникающие в процессе спекания. Если не управлять ими должным образом, эти напряжения могут привести к деформации или растрескиванию при охлаждении деталей.
Более того, регулировка атмосферы печи может улучшить свойства поверхности или контролировать уровень окисления.
Например, создание защитного оксидного слоя во время охлаждения значительно повышает коррозионную стойкость некоторых металлов. Например, создание защитного оксидного слоя во время охлаждения повышает коррозионную стойкость металла.
Преимущества процесса спекания
Процесс спекания в частности улучшает следующие механические свойства деталей:
Повышенная твердость и прочность
Спекание значительно повышает твердость и прочность материалов, делая их способными выдерживать значительные нагрузки и напряжения.
Повышенная износостойкость
Этот процесс увеличивает плотность и укрепляет связи между частицами, повышая износостойкость, что крайне важно для деталей, подвергающихся постоянному трению.
Более высокая усталостная долговечность
Улучшенные свойства, полученные в результате спекания, позволяют материалам выдерживать многократные нагрузки, обеспечивая долговечность и надежность.
Повышенная пластичность
Благодаря контролируемому спеканию материалы становятся более гибкими и менее склонными к растрескиванию под действием нагрузки, что имеет решающее значение для сохранения структурной целостности.
Хорошая энергоэффективность
Поскольку спекание происходит при температуре ниже точки плавления используемого материала, оно позволяет экономить больше энергии, чем традиционные процессы плавления.
Превосходная магнитная эффективность
Спекание также улучшает магнитные свойства материалов по сравнению с литьем или механической обработкой, что делает его идеальным для применений, требующих эффективных магнитных реакций.
Агломерационные печи для порошковой металлургии
Разные продвинутые печи для спекания обслуживать различные потребности в рамках передовых процесс порошковой металлургии, например, точный контроль спекания для магнитных приложений. Ниже мы подробно описываем основные типы используемых печей:
Толкательные печи
Эти печи специально разработаны для обеспечения крупносерийного и стабильного производства детали порошковой металлургииТолкательные печи транспортируют детали через несколько температурных зон для оптимизации процесса спекания.
Конвейерная печь
Шкив конвейерной ленты способен непрерывно спекать большие объемы деталей, полученных методом порошковой металлургии.
По сравнению с толкательными печами конвейерные печи предлагают непрерывный, плавный транспортный механизм. Эта особенность уменьшает необходимость в обработке и сводит к минимуму потенциальный ущерб деталям.
Вакуумные печи
Вакуумные печи выполняют процессы спекания в условиях высокого вакуума, чтобы предотвратить окисление и загрязнение атмосферными газами.
Вакуумные печи для спекания могут достигать более высоких температур спекания, до 2000°C, но они имеют меньшую производительность по сравнению с конвейерными и толкательными печами.
Ниже приведено сравнение основных печей для спекания.
| Тип печи для спекания | Вместимость | Влияние на стоимость | Время спекания |
|---|---|---|---|
| Толкательные печи | Около 3 тонн за цикл | Первоначальные инвестиции высоки; себестоимость производства ≈ 0.41–0.55 долл. США/кг. | Быстро (около 3.5 часов на цикл) |
| Конвейерная печь | Около 2 тонн за цикл | Первоначальные инвестиции высоки; себестоимость производства ≈ 0.41–0.55 долл. США/кг. | Быстро (около 4.5 часов на цикл) |
| Вакуумные печи | Около 0.2 тонн за цикл | Первоначальные и производственные затраты высоки; ≈ 2.07–4.14 долл. США/кг | Медленно (около 20 часов на цикл) |
Атмосфера спекания
Атмосфера спекания влияет на механические свойства, внешний вид и себестоимость заготовки. Ее основные функции следующие:
- Помогает выжигать смазочные материалы и связующие вещества в заготовке
- Уменьшение оксидного слоя на поверхности порошка
- Контроль содержания углерода в зеленом уплотнении
- Предотвращение окисления продукта
Азот
Азот, часто используемый из-за своих инертных свойств, предотвращает окисление в процессе спекания, сохраняя чистоту порошкообразного металла. Он особенно распространен при спекании нержавеющей стали и быстрорежущих сталей, чтобы избежать нежелательных химических реакций.
Водород
Водород обладает характеристиками быстрой скорости диффузии в металлах и сильной способностью восстанавливать оксиды. Он идеально подходит для нержавеющей стали, вольфрама и молибдена.
аргон
Аргон относительно инертен и не вступает в реакцию с высокоактивными элементами, такими как титан и хром.
вакуум
Вакуумная атмосфера используется для удаления воздуха из среды процесса спекания, сводя к минимуму окисление и загрязнение. Она идеально подходит для спекания современных материалов и компонентов, требующих высокой точности и чистоты.
Рекомендуемые производители печей для спекания
Газбарр Продактс, Инк.
Компания Gasbarre со штаб-квартирой в Пенсильвании, США, была основана в 1973 году для проектирования и производства оборудования для порошковой металлургии.
Компания Abbott Furnace
Компания Abbott Furnace Company, расположенная в Пенсильвании, США, производит промышленные печи. В основном они производят печи для спекания, печи для отжига, печи для отпуска и специальные печные изделия.
Centorr Вакуум Индастриз
Компания Centorr Vacuum Industries, базирующаяся в г. Нашуа, штат Нью-Гемпшир, США, производит высокотемпературные вакуумные печи и печи с контролируемой атмосферой.
Проблема в процессе спекания
Из нашего обширного опыта в порошковой металлургии, контроль коэффициента усадки продукта представляет собой значительную проблему в процессе спекания. Поэтому мы обычно создаем базовые формы для проверки коэффициентов расширения и усадки в новых печах для спекания, что значительно снижает риск отклонений размеров. Однако контроль изменений размеров в каждом новом типе продукта остается сложной задачей.
СИНИЙ — профессионал компания порошковой металлургии поставка широкого ассортимента стандартных спеченных деталей без необходимости затрат на оснастку.
Типичные изделия, изготовленные методом порошковой металлургии, включают роторы и шестерни масляных насосов, шкивы и фланцы водяных насосов, компоненты амортизаторов, кольца ABS, шкивы ремней ГРМ и звездочки ГРМ.
Вы можете изучить наш Стандартный цех по производству спеченных деталей или скачать Наш список продукции. Мы также предоставляем индивидуальные решения, соответствующие вашему конкретному проекту.
FAQ
Что означает «спеченный»?
«Спеченный» относится к материалу или детали, которые были получены в процессе спекания, при котором порошковые материалы нагреваются ниже температуры плавления для достижения металлургической связи между частицами.
В процессе спекания получаются детали с высокой точностью размеров, однородной микроструктурой и контролируемой пористостью, которые часто используются в порошковой металлургии для таких деталей, как шестерни, втулки и конструктивные элементы.
Какова производительность агломерационной печи?
Небольшие печи для литья под давлением могут обрабатывать от нескольких килограммов до нескольких сотен килограммов материала за один цикл, что делает их идеальными для специализированного или индивидуального производства.
Напротив, более крупные промышленные печи непрерывного действия, такие как конвейерные печи, способны обрабатывать несколько тонн материала за один цикл, что делает их хорошо подходящими для массового производства.
Какова длина печи для спекания порошковой металлургии?
Длина печей для спекания сильно различается в зависимости от их конструкции и предполагаемого использования.
Периодические печи, которые обычно используются для мелкосерийного производства, обычно имеют размеры от 10 до 30 метров.
Напротив, печи непрерывного действия, предназначенные для крупносерийного производства, часто имеют длину более 30 метров, что позволяет обеспечить постоянный поток деталей через несколько зон нагрева.
Какова обычная скорость сетчатой ленты конвейерной печи для порошковой металлургии?
Скорость движения ленты в агломерационных печах обычно варьируется от 100 до 130 мм/мин.
Регулировка этой скорости имеет решающее значение для точного контроля времени спекания, гарантируя, что детали будут подвергаться воздействию необходимых температур в течение необходимого времени.
Такая точность необходима для достижения оптимальной плотности и желаемых механических свойств деталей.
Улучшает ли процесс спекания качество поверхности?
Обычно спекание приводит к получению более шероховатой поверхности готовых деталей.
Чтобы получить более гладкую поверхность, после спекания часто приходится проводить дополнительные процессы, такие как механическая обработка или шлифовка.
Эти шаги помогают улучшить внешний вид деталей и повысить их эффективность.