Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków

Transkrypt

1 Obróbka Plastyczna Metali t. XXIII nr 1 (2012) Procesy kształtowania wyrobów z proszków metali Mgr inŝ. Tomasz WIŚNIEWSKI, mgr inŝ. Walerian MAJCHRZAK, mgr inŝ. Dariusz GARBIEC, inŝ. Filip HEYDUK Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań tomasz.wisniewski@inop.poznan.pl Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków Sintering process of products made using powder metallurgy technology Streszczenie W artykule przedstawiono charakterystykę procesu spiekania wyprasek z proszków metali i opisano zjawiska fizykochemiczne, które zachodzą w tym procesie oraz warunki, w których przeprowadza się spiekanie. Opisano elektryczne piece do spiekania wyrobów w produkcji mało-, średnio- i wielkoseryjnej. Podano informację o gnieździe badawczym, przeznaczonym do spiekania wyrobów z proszków metali, znajdującym się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu oraz o urządzeniu do wykonywania spieków metodą iskrowego spiekania plazmowego. Abstract The article presents the characteristics of the process of sintering metal powder compacts and describes the physical and chemical phenomena that take place during this process as well as the conditions under which sintering is conducted. Electric furnaces for sintering products in small, medium, and large-lot production processes are described. Information on a testing nest for sintering metal powder products located at the Metal Forming Institute in Poznan and on a device for producing sinters using the spark plasma sintering method is given. Słowa kluczowe: metalurgia proszków, spiekanie, iskrowe spiekanie plazmowe, piec do spiekania, atmosfera spiekania Keywords: powder metallurgy, sintering, spark plasma sintering, sintering furnace, sintering atmosphere 1. WSTĘP Na świecie, a takŝe w kraju wytwarza się coraz więcej wyrobów metodą metalurgii proszków. Zaletą tej technologii jest moŝliwość seryjnego wykonywania części spiekanych o skomplikowanych kształtach, z duŝą dokładnością, przy stosunkowo niskich kosztach. Części metalowe wytwarzane tradycyjną metodą metalurgii proszków po sprasowaniu w przyrządzie na prasie poddaje się spiekaniu. Celem tych operacji jest uzyskanie Ŝądanych właściwości wyrobu (gęstość, twardość, wytrzymałość) oraz wymaganych wymiarów wyrobu. 1. INTRODUCTION More and more products are being manufactured using the powder metallurgy method all over the world and also in the country. An advantage of this technology is its capability of highly precise serial production of sintered parts with complex shapes at relatively low costs. Metal parts produced by means of the conventional powder metallurgy method are subjected to sintering in a device on the press after pressing. The purpose of these operations is to obtain the desired properties of the product (density, hardness, strength) and the required dimensions of the product.

2 30 T. Wiśniewski, W. Majchrzak, D. Garbiec, F. Heyduk Wysokie właściwości wytrzymałościowe wyrobu osiąga się stosując po spiekaniu dodatkowo obróbkę cieplną i obróbkę cieplnochemiczną [1,2]. Natomiast proces spiekania moŝna przeprowadzić bez nacisku (spiekanie swobodne) lub z zastosowaniem siły zewnętrznej (spiekanie pod ciśnieniem). W Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu prowadzi się badania technologii wytwarzania części z proszków spiekanych w gnieździe badawczo-doświadczalnym GSPM -75 do badań i analizy procesów spiekania, obróbki cieplno-chemicznej z nawęglaniem i azotonawęglaniem oraz optymalizacji parametrów technologicznych wykonywanych wyrobów z proszków spiekanych. High strength properties of the product are achieved by the additional application of heat treatment and heat and chemical treatment after sintering [1, 2]. However, the sintering process can be conducted without pressure (free sintering) or with the application of an external force (sintering under pressure). Research on the technology of production using powders sintered in the experimental GSPM-75 research nest for testing and analysis of sintering processes, heat and chemical processes with carburization and nitrocarburization, and optimization of technological parameters of products made from sintered powders is being conducted at the Metal Forming Institute in Poznan. 2. CHARAKTERYSTYKA PROCESU SPIEKANIA Spiekanie jest procesem, w którym sprasowane ziarna proszku przekształcają się w porowate ciało stałe o określonych właściwościach mechanicznych. Proces spiekania polega na wygrzewaniu wypraski, w atmosferze ochronnej lub regulowanej w odpowiednio wysokiej temperaturze. Według Polskiej Normy PN-EN ISO 3252 [3] spiekanie jest obróbką cieplną proszku lub kształtki w temperaturze niŝszej od temperatury topnienia głównego składnika celem zwiększenia ich wytrzymałości przez metalurgiczne połączenie cząstek. Przy spiekaniu wyprasek jednoskładnikowych stosuje się temperaturę wynoszącą 70 80% temperatury topnienia danego metalu. JeŜeli wykonuje się części z mieszanin proszkowych wieloskładnikowych to stosuje się takŝe temperaturę spiekania wyŝszą od temperatury topnienia jednego lub kilku składników mieszaniny. Powoduje to roztopienie i proces spiekania przebiega z udziałem fazy ciekłej. Korzyścią jest skrócenie czasu spiekania i zwiększenie efektywności procesu. Spiekanie jest procesem złoŝonym, gdyŝ występuje w nim wiele zjawisk fizycznych i chemicznych [4]. Przebieg i parametry procesu spiekania zaleŝą od warunków procesu, w tym: struktury i składu chemicznego materiału proszkowego, temperatury, rodzaju 2. CHARACTERISTICS OF THE SINTE- RING PROCESS Sintering is a process during which pressed powder grains are transformed into a porous solid body with specific mechanical properties. The sintering process is based on heating of the compact in a protective or regulated atmosphere at an appropriately high temperature. According to Polish Standard PN-EN ISO 3252 [3], sintering is the heat treatment of a powder or mold at a temperature lower than the melting temperature of the main constituent for the purpose of increasing their strength through metallurgic joining of the particles. During the sintering of single-component compacts, a temperature being 70 80% of the melting temperature of a given metal is used. If parts from multi-ingredient powder mixtures are being made, then a sintering temperature that is higher than the melting temperature of one or several of the mixture ingredients is also used. This causes melting and the sintering process occurs with a share of the liquid phase. An advantage of this is a decrease in the sintering time and an increase in the effectiveness of the process. Sintering is a complex process because of the fact that many physical and chemical phenomena occur during the process [4]. The course and parameters of the sintering process are dependent on the conditions of the process,

3 Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków 31 atmosfery oraz od urządzenia, w którym przeprowadza się proces. Efekt procesu spiekania zaleŝy od wielkości i kształtu cząstek uŝytego proszku. Im mniejsze cząstki tym szybciej (w danej temperaturze) następuje proces zagęszczania i zwiększenia gęstości wyrobu. Proszek o nieregularnym kształcie spieka się łatwiej. Połączenie cząstek zdefiniowane przez normę PN-EN ISO 3252 jako metalurgiczne połączenie jest wynikiem transportu masy przez dyfuzję objętościową i powierzchniową (po granicach ziaren), płynięcie dyfuzyjne, a takŝe przez parowanie i kondensację [5]. Udział kaŝdego rodzaju dyfuzji w procesie spiekania jest zaleŝny od temperatury i wielkości cząstek spiekanego proszku. W materiale spiekanym występuje zjawisko skurczu lub pęcznienia. Proces skurczu moŝna podzielić na dwa etapy: w pierwszym następuje zrastanie się sąsiadujących ze sobą cząstek (tworzenie się szyjek), w drugim pory ulegają zaokrągleniu. W pierwszym etapie skurcz jest wynikiem zmniejszania się odległości między środkami bliskich cząstek (rys. 1), a w drugim zmniejszania się porowatości [6]. including: the structure and chemical composition of the powder material, temperature, atmosphere type, and the device in which the process is carried out. The effect of the sintering process depends on the size and shape of the particles of the powder used. The smaller the particles, the faster (at a given temperature) the process of compaction and densification of the product takes place. Irregularly shaped powder is more easily sintered. The metallurgic joining of particles as defined by the PN-EN ISO 3252 standard is the result of the transport of mass through volumetric and surface diffusion (over grain boundaries), diffusive flow, and also through evaporation and condensation [5]. The share of each type of diffusion in the sintering process is dependent on the temperature and particle size of the sintered powder. The phenomenon of contraction or swelling occurs in the sintered material. The contraction process can be divided into two stages: in the first stage, neighboring particles are joined together (necks form), in the second, pores are rounded. During the first stage, the contraction is the result of a decrease in the distance between the centers of neighboring particles (fig. 1), and in the second, a decrease in porosity [6]. Rys. 1. Zasada powstawania skurczu podczas spiekania [6] Fig. 1. The principle of contraction during sintering [6]

4 32 T. Wiśniewski, W. Majchrzak, D. Garbiec, F. Heyduk Rys. 2. Pęcznienie spowodowane obecnością miedzi w procesie spiekania wyprasek z proszku Ŝelaza [7] Fig. 2. Swelling caused by the presence of copper in the process of sintering compacts made from iron powder [7] Zjawisko pęcznienia stopu jest zaleŝne od składu spiekanej mieszanki. Na przykład, dodatek miedzi często powoduje pęcznienie w wyniku topienia się tego metalu. Miedź penetruje powierzchnie proszku i przenika do granic ziaren pojedynczych cząstek mieszanki proszkowej (rys. 2) [7]. Zwiększając, przez prasowanie, gęstość wyprasek zwiększa się powierzchnię styku między cząstkami proszku, co ułatwia ich spiekanie się. Dodatkowym ułatwieniem dla zachodzących procesów spiekania jest wzrost zaburzeń sieci krystalicznej w cząstkach proszku, w wyniku odkształcenia plastycznego, występujących przy prasowaniu. W literaturze moŝna teŝ spotkać doniesienia o dodatkach przyspieszających proces spiekania. Na przykład według [8] dodatek nanodyspersyjnego niklu uaktywnia proces spiekania. w wodorze proszku Ŝelaza. 3. TEMPERATURA SPIEKANIA Jednym z podstawowych parametrów procesu spiekania jest temperatura, w której następuje łączenie się cząstek i zagęszczenie wypraski. Wysokość tej temperatury zaleŝy przede wszystkim od składu mieszanki proszkowej, a takŝe od czasu wytrzymywania w temperaturze spiekania określonej dla danej wielkości wsadu. Przykłady temperatur spiekania dla wybranych proszków metali podano w tablicy 1 [9]. The phenomenon of swelling of an alloy depends on the composition of the sintered mixture. For example, the addition of copper often causes swelling as a result of this metal melting. Copper penetrates the surface of the powder and passes to the boundaries of the grains of individual particles of the powder mixture (fig. 2) [7]. By increasing the density of compact through pressing, the surface of contact between powder particles increases, which makes it easier for them to be sintered. An additional facilitation for the sintering processes taking place is an increase of dislocations in the crystal lattice in powder particles due to plastic deformation occurring during pressing. Reports on additives that quicken the sintering process can also be found in the literature. For example, according to [8], the addition of nano-dispersive nickel activates the sintering process of iron powder in hydrogen. 3. SINTERING TEMPERATURE One of the basic parameters of the sintering process is the temperature at which particles merge and the compact is densified. The value of this temperature depends, above all, on the composition of the powder mixture, and also on the time of exposure to the sintering temperature specified for a given size of the charge. Examples of sintering temperatures for selected metal powders have been given in table 1 [9].

5 Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków 33 Tablica 1. Temperatura spiekania wybranych proszków metalicznych [9] Table 1. Sintering temperature for selected metallic powders [9] Materiał Material Temperatura spiekania Sintering temperature [ C] Stopy aluminium / Aluminum alloys Miedź / Copper Brązy / Bronzes Mosiądze / Brasses Nikiel / Nickel Fe-C, (Fe-Cu)-C 1120 (Fe-Cu-Ni)-C 1120 (Fe-Mn)-Cu 1120 (Fe-Cu-Ni)-Mo (Distaloy) W procesie technologicznym wykonywania wyrobów metodą metalurgii proszków stosuje się niekiedy operację spiekania wstępnego w temperaturze o wiele niŝszej od temperatury końcowego spiekania. Spiekanie przeprowadza się, aby usunąć środek poślizgowy, który dodaje się do mieszanki proszkowej, celem polepszenia prasowalności proszku [10]. Takim środkiem poślizgowym jest na przykład stearynian cynkowy Zn(C 18 H 35 O 2 ) 2 (biały proszek o temperaturze topnienia 130 ºC). Wyroby po spiekaniu wstępnym lub końcowym poddaje się niekiedy doprasowywaniu lub dokuwaniu aby zwiększyć gęstość wyrobu, a takŝe podwyŝszyć niektóre własności fizyczne lub mechaniczne. Ze względu na skurcz lub pęcznienie spieku, celem nadania wymaganych wymiarów spiekanego wyrobu stosuje się operację kalibrowania. Wyroby z proszków metali trudnotopliwych spieka się w temperaturze powyŝej 1200 ºC. Dla przykładu korbowody do silników samochodowych wykonane metodą metalurgii proszków z proszku tytanu zawierającego 1,65%Al, 0,7%V, 3%Mo spieka się w temperaturze 1250 ºC [11]. During the technological process of manufacturing products using the powder metallurgy method, initial sintering operations at a temperature that is much lower than the final sintering temperature are sometimes used. Sintering is conducted in order to remove the lubricant that is added to the powder mixture to improve the compressibility of powder [10]. An example of such a lubricant is zinc stearate Zn(C 18 H 35 O 2 ) 2 (a white powder with a melting temperature of 130 ºC). After initial or final sintering, products are sometimes subjected to additional pressing or forging for the purpose of increasing the density of the product and to raise certain physical or mechanical properties. Because of contraction or swelling of the sinter, the calibration operation is used to give the sintered product the required dimensions. Products made from high-melting metal powders are sintered at a temperature above 1200 ºC. For example, connecting rods of car motors made using the powder metallurgy method from titanium powder containing 1.65%Al, 0.7%V, 3%Mo are sintered at a temperature of 1250 ºC [11].

6 34 T. Wiśniewski, W. Majchrzak, D. Garbiec, F. Heyduk 4. ATMOSFERA SPIEKANIA WaŜne dla przeprowadzenia prawidłowego procesu spiekania jest środowisko gazowe (atmosfera) procesu. Atmosfera w piecach do spiekania ma za zadanie chronić części poddawane spiekaniu przed utlenianiem i redukować powłoki tlenkowe na powierzchniach cząstek proszku, które utrudniają bezpośredni kontakt czystych powierzchni metalicznych. Przy spiekaniu wyprasek z mieszanki proszkowej zawierającej węgiel atmosfera nie powinna powodować odwęglania. Atmosfera spiekania zaleŝy od składu chemicznego proszków metali poddawanych spiekaniu oraz od wymagań jakie ma spełniać gotowy wyrób. Do spiekania w warunkach przemysłowych stosuje się najczęściej atmosferę redukującą, nawęglającą lub obojętną. Atmosferą redukującą jest wodór (100% H 2 ) i zdysocjowany amoniak o zawartości 75% H 2 i 25% N 2. Gazy te powinny być pozbawione zanieczyszczeń. Wodór nie powinien zawierać tlenu i pary wodnej, a zdysocjowany amoniak - nierozłoŝonego NH 3 i pary wodnej. To, czy będzie następowało redukowanie tlenków metalu, czy teŝ reakcja będzie przebiegała w kierunku utlenienia zaleŝy od stopnia osuszenia atmosfery mierzonego punktem rosy. Na przykład w atmosferze z dysocjacji amoniaku, w której wilgotność wynosi 20 o C punktu rosy (0,102% H 2 O) redukcja tlenków następuje w całym zakresie temperatury dla metali: Ŝelazo, nikiel, molibden, wolfram. Natomiast mieszanki proszków zawierające chrom, mangan, krzem i tytan wymagają atmosfery głęboko osuszonej. Para wodna w atmosferze wodorowej i azotowo-wodorowej moŝe powodować nie tylko utlenianie, ale równieŝ odwęglanie i dlatego waŝna jest minimalna zawartość wilgoci w tych gazach. Czysty wodór jest najlepszą atmosferą do spiekania wyrobów z proszków Ŝelaza nie zawierających węgla. Jednak ze względu na wysoką cenę atmosfera ta jest uŝywana głównie do materiałów specjalnych, jak np. stali nierdzewnych, magnesów trwałych. 4. SINTERING ATMOSPHERE The gaseous environment (atmosphere) of the process is important for conducting the sintering process correctly. The atmosphere in sintering furnaces has the purpose of protecting parts subjected to sintering against oxidation and of reducing oxygen coats on the surfaces of powder particles, which hinder direct contact of pure metallic surfaces. During sintering of powder mixture compacts containing carbon, the atmosphere should not cause decarburization. The sintering atmosphere is dependent on the chemical composition of metal powders subjected to sintering and on the requirements that are to be fulfilled by the ready product. A reducing, carburizing, or neutral atmosphere is most often used for sintering in industrial conditions. A reducing atmosphere can be hydrogen (100% H 2 ) and dissociated ammonia with 75% H 2 and 25% N 2 content. These gases should have no impurities. Hydrogen should not contain oxygen and water vapor, and dissociated ammonia non-dissociated NH 3 and water vapor. Whether or not reduction of metal oxides will take place or if the reaction will take place in the direction of oxidation depends on the degree of dehumidification of the atmosphere, measured by the dew point. For example, in an atmosphere of dissociated ammonia in which humidity is at a dew point of 20 o C (0.102% H 2 O), oxide reduction takes place in the full range of temperatures (for metals: iron, nickel, molybdenum, tungsten). However mixtures of powders containing chromium, manganese, silicon, and titanium require a "deep dehumidified atmosphere. Water vapor in a hydrogen or nitrogenhydrogen atmosphere may not only cause oxidation, but also decarburization, and that is why a minimum humidity content in these gases is important. Pure hydrogen is the best atmosphere for sintering products made from iron powders that do not contain carbon. However, due to its high cost, this atmosphere is mainly used for special materials such as e.g. stainless steels, permanent magnets.

7 Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków 35 Atmosferą redukującą jest teŝ próŝnia. Dla większości metali wystarcza próŝnia wielkości od 10-2 do 10-4 hpa. Dla chromu, manganu, krzemu i tytanu wymagana jest próŝnia poniŝej tych wartości. Atmosferą reagującą ze spiekanym materiałem w sposób regulowany, jest atmosfera endotermiczna (endogaz) wytwarzana w generatorze z gazu ziemnego lub propanu technicznego. Atmosfera zawiera około 40%H 2, 20%CO, 40%N 2 oraz niewielkie ilości dwutlenku węgla (CO 2 ) i wilgoci (H 2 O). Stosuje się ją najczęściej do nawęglania lub odwęglania spiekanego materiału lub jako atmosferę obojętną, będącą w równowadze z zawartością węgla w spiekanym materiale. Wodór, zdysocjowany amoniak i endogaz tworzą z powietrzem mieszaniny wybuchowe, dlatego stosuje się je w piecach specjalnej konstrukcji. Atmosfera endotermiczna ze względu na duŝą zawartość tlenku węgla jest teŝ trująca. Atmosferę obojętną stanowią najczęściej gazy czyste i suche takie jak azot i argon. 5. ELEKTRYCZNE PIECE DO SPIEKA- NIA Proces spiekania wyrobów wykonywanych metalurgią proszków w produkcji wielkoseryjnej i masowej przeprowadza się najczęściej w piecach o działaniu ciągłym. Są to piece tunelowe, a w zaleŝności od sposobu przesuwania wyprasek umieszczonych w koszach lub na paletach wyróŝnia się: piece taśmowe, piece z trzonem pokrocznym, piece przepychowe. Przykład schematu pieca taśmowego do spiekania w sposób ciągły pokazano na rys. 3 [7]. A vacuum is also a reducing atmosphere. For most metals, a 10-2 to 10-4 hpa vacuum is sufficient. For chromium, manganese, silicon, and titanium, a vacuum below these values is required. An atmosphere that reacts with the sintered material in a controlled way is an endothermic atmosphere (endogas), produced in a natural gas or technical propane generator. This atmosphere contains about 40%H 2, 20%CO, 40%N 2 and small amounts of carbon dioxide (CO 2 ) and humidity (H 2 O). It is most often used to carburize or decarburize the sintered material or as a neutral atmosphere in equilibrium with the carbon content in the sintered material. Hydrogen, dissociated ammonia, and endogas create explosive mixtures with air, that is why they are used in specially designed furnaces. The endothermic atmosphere is toxic due to its high carbon monoxide content. A neutral atmosphere is usually made up of pure and dry gases such as nitrogen and argon. 5. ELECTRIC SINTERING FURNACES The process of sintering of products made using powder metallurgy in large-lot and mass production is most often conducted in continuously operating furnaces. These are tunnel furnaces, and depending on the method of moving compacts placed in baskets or on pallets, the following are distinguished: belt conveyor furnaces, furnaces with a walking beam core, pusher furnaces. An example of a scheme of a belt conveyor furnace for continuous sintering has been shown on fig. 3 [7].

8 36 T. Wiśniewski, W. Majchrzak, D. Garbiec, F. Heyduk Rys. 3. Schemat pieca przemysłowego przeznaczonego do pracy ciągłej [7] G doprowadzenie gazu atmosfery spiekania, S odprowadzenie odparowanego środka poślizgowego, gazowych produktów reakcji towarzyszących spiekaniu oraz nadmiaru doprowadzonych gazów czynnych Fig. 3. Scheme of an industrial furnace for continuous operation [7] G gas - sintering atmosphere supply, S lead-off for the evaporated lubricant, gaseous products of reactions accompanying sintering and surplus active gases Piece taśmowe są w metalurgii proszków powszechnie stosowane. Nowoczesne piece tego typu, stosowane do spiekania części na osnowie Ŝelaza, w endogazie mają cztery strefy pełniące róŝne funkcje: strefa 1 strefa usuwania środka poślizgowego; wypalanie odbywa się w zakresie temperatur od C, strefa 2 strefa gorąca, w której zachodzi spiekanie wyprasek w temperaturze od C, strefa 3 strefa ponownego nawęglania, w której w temperaturze C odbywa się nawęglanie spieków uległych wcześniej powierzchniowemu odwęgleniu, strefa 4 strefa chłodzenia, w której części schładzane są do zakresu temperatury C, zanim dojdzie do kontaktu z powietrzem. W produkcji małoseryjnej stosuje się piece o działaniu okresowym. Są to piece retortowe lub komorowe bez przemieszczania się spiekanego wsadu. Piece te zajmują stosunkowo małą powierzchnię produkcyjną i ze względu na szczelność zuŝywają mniej atmosfery ochronnej. Belt conveyor furnaces are universally used in powder metallurgy. Modern furnaces of this type, used to sinter parts with an iron matrix in an endogas, have four zones that fulfill various functions: zone 1 the zone for lubricant removal; burning takes place within the range of temperatures from C, zone 2 the hot zone, in which sintering of compacts at a temperature from C takes place, zone 3 the recarburization zone, in which carburization of sinters that have been subjected to prior surface decarburization takes place at a temperature of C, zone 4 the cooling zone, in which parts are cooled to the temperature range of C before they are exposed to contact with the air. In small-lot production, furnaces with periodical operation are used. These are retort or chamber furnaces without movement of the sintered charge. These furnaces take up a relatively small production surface, and due to their tightness, consume less of the protective atmosphere.

9 Proces spiekania wyrobów wykonywanych technologią metalurgii proszków 37 Rys. 4. Gniazdo badawczo-doświadczalne GSMP-75 przeznaczone do spiekania wyrobów z proszków metali w atmosferze azotowo-wodorowej zdysocjowanego amoniaku na bazie pieca wgłębnego retortowego PSF-12/75 o mocy 45 kw znajdujące się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu Fig. 4. GSMP-75 experimental research nest for sintering of metal powder products in a nitrogen-hydrogen atmosphere of dissociated ammonia based on the PSF-12/75 soaking retort furnace with a power of 45 kw at the Metal Forming Institute in Poznan Na rys. 4 pokazano gniazdo badawczodoświadczalne GSMP-75 (w Instytucie Obróbki Plastycznej), do okresowego spiekania wstępnego i końcowego, w piecu retortowym, w atmosferze zdysocjowanego amoniaku oraz do obróbki cieplno-chemicznej. W gnieździe są 3 retorty: do spiekania wstępnego w temperaturze do 950 ºC, do spiekania końcowego do 1200 C, do nawęglania lub azotonawęglania w temperaturze do 950 C w atmosferze nawęglającej z metanolu i propanu technicznego, a przy azotonawęglaniu z dodatkiem gazowego amoniaku. W Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu znajduje się równieŝ nowoczesne urządzenie SPS HP D25 do wykonywania spieków nowoczesną metodą iskrowego spiekania plazmowego proszków metali o wysokiej gęstości oraz tlenków, węglików i azotków w temperaturze do 2400 o C [12]. Fig. 4 shows the GSMP-75 nest for experimental research (at the Metal Forming Institute), for periodical initial and final sintering in a retort furnace in an atmosphere of dissociated ammonia and for heat and chemical treatment. There are 3 retorts in the nest: for initial sintering at a temperature up to 950 ºC, for final sintering up to 1200 C, for carburization and nitrocarburization at a temperature up to 950 C in a carburizing atmosphere consisting of methanol and technical propane, and for nitrocarburization with the addition of gaseous ammonia. Also at the Metal Forming Institute in Poznan, there is the modern SPS HP D25 device for producing sinters by means of the modern spark plasma sintering method for high density metal powders and for oxides, carbides, and nitrides at a temperature up to 2400 o C [12]. 6. WNIOSKI KOŃCOWE 1. Proces spiekania materiałów proszkowych jest procesem złoŝonym, w którym zachodzi wiele zjawisk fizycznych i chemicznych. 6. FINAL CONCLUSIONS 1. The process of sintering powder materials is a complex process in which many physical and chemical phenomena take place.

10 38 T. Wiśniewski, W. Majchrzak, D. Garbiec, F. Heyduk 2. Przebieg i parametry procesu spiekania zaleŝą od warunków procesu: struktury, składu chemicznego materiału proszkowego, temperatury, rodzaju atmosfery i typu uŝytego urządzenia, w którym przeprowadza się proces spiekania. 3. W Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu prowadzi się badania procesu spiekania w gnieździe badawczo-doświadczalnym GSMP-75 do badań i analizy okresowego spiekania wstępnego i końcowego w piecu retortowym w atmosferze zdysocjowanego amoniaku oraz do obróbki cieplno-chemicznej z nawęglaniem i azotonawęglaniem. 4. W Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu znajduje się równieŝ nowoczesne urządzenie SPS HP D25 do wykonywania, nowoczesną metodą iskrowego spiekania plazmowego, proszków metali oraz tlenków, węglików i azotków w temperaturze do 2400 o C. 2. The course and parameters of the sintering process are dependent on the conditions of the process: the structure and chemical composition of the powder material, temperature, atmosphere type, and the type of device in which the process is carried out. 3. Research on the sintering process is being conducted at the Metal Forming Institute in Poznan using the experimental research GSMP-75 nest for testing and analysis of periodical initial and final sintering in a retort furnace in a dissociated ammonia atmosphere and for heat and chemical treatment with carburization and nitrocarburization. 4. Also at the Metal Forming Institute in Poznan, there is the modern SPS HP D25 device for producing sinters by means of the modern spark plasma sintering method for high density metal powders and for oxides, carbides, and nitrides at a temperature up to 2400 o C. LITERATURA / REFERENCES [1] Wiśniewska-Weinert H. (i in.): Spiekanie z obróbką cieplno-chemiczną proszków na bazie ASTALOY CrMo. Obróbka Plastyczna Metali 2003 nr 5 s [2] Koftelev V.T., Ruderko E.N.: Opyt himiko-termičeskoj obrabotki detalej iz poroškovyh materialov dlâ avtomobilej VAZ. Metalloved. i Term. Obrab. Metallov 1996 nr 10 s [3] PN-EN ISO Metalurgia proszków. Słownictwo. [4] Andrevskij R.A.: Moj opyt izučeniâ problemy spekaniâ i rodstvennyh âvlenij. Poroškovaâ Metallurgiâ nr 1/2 s [5] Gronostajski Zb.: Badania stosowane w zaawansowanych procesach kształtowania plastycznego. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław [6] HOGANS AB. Poradnik metalurgii proszków. Hogans AB [7] HOGANS AB. Szkoła metalurgii proszków. [8] Mejlah A. G.: Mehanizm uskoreniâ spiekaniâ poroškov železa dobavkami nanodispersnogo nikelâ. Stal 2009 nr 1 s [9] Technologia Metali. Praca zbiorowa pod redakcją F. Grosmana. Wyd. Politechniki Śląskiej. Gliwice [10] Usuwanie lepiszcza i spiekanie wyprasek z proszków metali. Prospekt firmy Listemann AG. [11] Kornienko G.I., Saklinskij V.V., Niersisân R.Š.: Poroškovye titanovye šatuny. Avtom. Prom nr 10. [12] Garbiec D., Rybak T., Heyduk F., Janczak M.: Nowoczesne urządzenie do iskrowego spiekania plazmowego proszków SPS HP D25 w Instytucie Obróbki Plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali 2011 nr 3 s