1. Podstawy metalurgii proszków

Transkrypt

1 1. Podstawy metalurgii proszków 1.1. Ogólna charakterystyka zasad doboru procesu technologicznego ZALE NO JAKO CI YCIA I POZIOMU PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW O poziomie i jako ci ycia, wymianie informacji, poziomie edukacji, jako ci i mo liwo ciach opieki zdrowotnej oraz innych aspektach rodowiska, w którym yjemy, decyduj produkty i inne dobra u ytkowe, w które zaopatruje si ka dy z nas na rynku, a które s dostarczane przez wytwórców, w którym in ynierowie odgrywaj szczególn rol inspiruj c, twórcz i kierownicz. Projekty in ynierskie s podstaw uruchomianej i wykonywanej produkcji. Jako wytwarzania ma bowiem cis y zwi zek z poziomem jako ci ycia (rys. 1.1) rozumianym jako stopie spe nienia wymaga okre laj cych poziom materialnego i duchowego bytu poszczególnych osób i ca ego spo ecze stwa. Rysunek 1.1. Model zale no ci przyczynowo-skutkowych w strukturze gospodarczej spo ecze stwa (opracowano wed ug pomys u R. Kolmana) 1. Podstawy metalurgii proszków 9

2 ROLA IN YNIERII MATERIA OWEJ W PROCESACH WYTWARZANIA PRODUKTÓW Open Access Library Volume 8 (14) 2012 Z punktu widzenia projektowania produktów, równoprawne s wszystkie materia y in ynierskie, które mog zapewni wymagane w asno ci produktów, a wielokryterialna optymalizacja jest podstaw selekcji tworzywa o najlepszych w asno ciach u ytkowych i technologicznych oraz o najni szych mo liwych kosztach wytwarzania, przetwórstwa i eksploatacji materia u i produktu. Nie mo na akceptowa cz sto dotychczas stosowanego podej cia, zwi zanego z wykorzystywaniem materia ów, tylko dlatego, e w a nie dysponuj nimi wytwórcy produktów ko cowych. Zagadnienia materia owe odgrywaj zatem wa n rol w realizacji zada rodowiska in ynierskiego. Materia jest bowiem tworzywem, z którego wytwarza si produkty interesuj ce klientów. St d najistotniejsze jest projektowanie materia ów, tak by kszta towa ich struktur i w asno ci spe niaj ce wymagania w warunkach pracy. Nauka o materia ach jest dziedzin nauki, dotycz c struktury i w asno ci materia ów (tworzyw), zw aszcza z uwzgl dnieniem mo liwo ci ich zastosowania. Z kolei in ynieria materia owa jest dziedzin in ynierii, obejmuj c zastosowanie nauki o materia ach dla bezpo rednio u ytecznych celów zwi zanych z projektowaniem, wytwarzaniem i u ytkowaniem ró nych produktów i dóbr powszechnego u ytku. Nauka o materia ach i in ynieria materia owa, oprócz nauk informatycznych oraz awangardowych nauk biologicznych i medycznych, nale do najintensywniej rozwijaj cych si obszarów nauki, decyduj cych obecnie o post pie cywilizacyjnym ludzko ci. Paradygmat in ynierii materia owej dotyczy doboru materia u in ynierskiego, który w odpowiednio dobranym procesie technologicznym kszta towania postaci geometrycznej produktu oraz struktury i w asno ci materia u in ynierskiego zapewni odpowiednie, wymagane i z góry za o one w asno ci u ytkowe produktu. Problematyka nauki o materia ach i in ynierii materia owej jest zatem z o ona i obejmuje nast puj ce zagadnienia ogólne: struktur atomow i cz steczkow materia ów, zale no struktury i w asno ci materia ów, kszta towanie struktury i w asno ci materia ów, technologie procesów materia owych, badanie struktury i w asno ci materia ów, 10 L.A. Dobrza ski, G. Matula

3 badanie w asno ci produktów wytworzonych z materia ów w warunkach eksploatacji, predykcj w asno ci materia ów, w tym równie w warunkach eksploatacji. Ksi ka niniejsza dotyczy szczegó owych zagadnie, dotycz cych technologii procesów materia owych, jako wa nego elementu procesu przetwarzania surowców materia owych w produkty, zwanego wytwarzaniem. Wytwarzanie polega na wykonywaniu produktów z surowców materia owych w ró nych procesach, przy u yciu ró nych maszyn i w operacjach zorganizowanych zgodnie z dobrze opracowanym planem. Proces wytwarzania polega zatem na w a ciwym wykorzystaniu zasobów: materia ów, energii, kapita u i ludzi. Wspó cze nie wytwarzanie jest kompleksowym dzia aniem, cz cym ludzi, którzy wykonuj ró ne zawody i zaj cia, przy u yciu ró nych maszyn, wyposa enia i narz dzi, w ró nym stopniu zautomatyzowanym, w czaj c komputery i roboty. Celem wytwarzania jest ka dorazowo zaspokajanie potrzeb rynkowych klientów, zgodnie z opracowan strategi przedsi biorstwa lub organizacji zajmuj cej si wytwarzaniem, wykorzystuj cej dost pne mo liwo ci i urz dzenia. PROJEKTOWANIE IN YNIERSKIE Z UWZGLEDNIENIEM PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW Projektowanie produktów po fazie wzornictwa przemys owego, zwi zanego z ogólnym opisem funkcji produktu oraz opracowaniem ogólnej jego koncepcji, obejmuj cej jedynie form zewn trzn, kolor i ewentualnie ogólne za o enia co do po czenia g ównych elementów, obejmuje projektowanie in ynierskie i kolejno przygotowanie produkcji. Projektowanie in ynierskie, w którym mo na wyró ni projektowanie systemu wytwarzania oraz projektowanie produktów nie jest wyizolowanym dzia aniem, gdy wp ywa na wszystkie pozosta e fazy wprowadzania na rynek danego produktu, od których równocze nie jest zale ne projektowanie produktu, czy w sobie trzy równie wa ne i nierozdzielne elementy (rys. 1.2): projektowanie konstrukcyjne, którego celem jest opracowywanie kszta tu i cech geometrycznych produktów zaspokajaj cych ludzkie potrzeby, projektowanie materia owe, w celu zagwarantowania wymaganej trwa o ci produktu lub jego elementów wytworzonych z materia ów in ynierskich o wymaganych w asno ciach fizykochemicznych i technologicznych, projektowanie technologiczne procesu, umo liwiaj cego nadanie wymaganych cech geometrycznych i w asno ci poszczególnym elementom produktu, a tak e ich prawid owe 1. Podstawy metalurgii proszków 11

4 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 Rysunek 1.2. Schemat wspó zale no ci mi dzy elementami projektowania in ynierskiego produktu, tj. projektowaniem konstrukcyjnym, projektowaniem materia owym oraz projektowaniem technologicznym (opracowano wed ug rysunku G.E. Dietera) wspó dzia anie po zmontowaniu, przy uwzgl dnieniu wielko ci produkcji, poziomu automatyzacji i komputerowego wspomagania, jak równie przy zapewnieniu najmniejszych mo liwych kosztów tego produktu. Projektowanie in ynierskie jest z o onym dzia aniem wymagaj cym uwzgl dnienia wielu ró norodnych elementów (rys. 1.3), a wzajemne relacje mi dzy koniecznymi do uwzgl dnienia zadaniami przedstawiono schematycznie na rysunku 1.4. Pierwsze stadium projektowania in ynierskiego polega na opracowaniu koncepcji, po czonym z ogólnym wyspecyfikowaniem dost pnych materia ów i procesów technologicznych. W kolejnym stadium ogólnego projektowania in ynierskiego okre la si kszta t i przybli on wielko elementów, stosuj c in ynierskie metody analizy. W tym stadium projektant ogólnie typuje klas stosowanych materia ów oraz rodzaj procesu technologicznego, dobieraj c np. obróbk plastyczn, odlewanie lub metody metalurgii proszków do wytwarzania elementu ze stopów metali nie elaznych. W asno ci materia u nale y przy tym okre li bardziej precyzyjnie. 12 L.A. Dobrza ski, G. Matula

5 Rysunek 1.3. Czynniki uwzgl dniane podczas projektowania in ynierskiego produktów (opracowano wed ug informacji C. Neweya i G. Weavera oraz pomys u M.F. Ashby'ego i K. Johnson) W stadium szczegó owego projektowania in ynierskiego ostatecznie dobiera si zarówno materia, jak i proces technologiczny. Dokonuje si wówczas doboru jednego, odpowiedniego materia u oraz najwy ej kilku wariantów procesu technologicznego. Projektowanie technologiczne, dotycz ce sposobu przetwarzania materia ów in ynierskich w celu wytworzenia produktu, jak równie projektowanie materia owe, dotycz ce w a ciwego doboru materia ów in ynierskich zapewniaj cych wymagane w asno ci u ytkowe produktów, oprócz projektowania konstrukcyjnego, dotycz cego doboru kszta tu i postaci geometrycznej produktów lub ich elementów, jako jeden z trzech nieroz cznych elementów projektowania in ynierskiego jest zatem zadaniem z o onym i trudnym. Trudno zatem sobie wyobrazi, e mo e by wykonywane w sposób przypadkowy i bez odpowiednio przyj tej metodyki. W takim przypadku nie 1. Podstawy metalurgii proszków 13

6 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 mo e by mowy o doborze, spo ród niesko czenie du ej liczby mo liwych rozwi za tego, które jest optymalne, a co najmniej odpowiednie ze wzgl du na zbiór wymienionych i obowi zuj cych kryteriów. Ka dy, kto uczestniczy w procesie przygotowania produktu do obecno ci na rynku, musi mie zatem wiadomo mnogo ci mo liwych rozwi za, a specjali ci winni szczegó owo zna metodologi post powania, zwi zan z selekcj i dok adn charakterystyk bardzo wielu materia ów in ynierskich obecnie dost pnych, jak równie tendencje umo liwiaj ce w razie potrzeby indywidualne zaprojektowanie materia u, o zestawie w asno ci najbardziej odpowiadaj cym rzeczywistym wymaganiom i nieroz cznie zwi zanych z tym procesów technologicznych. Niejednokrotnie zdarza si, e decyzja o prawid owym doborze materia u in ynierskiego wymusza zmian technologii, a nawet postaci konstrukcyjnej produktu lub jego elementu. Nierzadko bywa równie odwrotnie. Wytypowany proces technologiczny oraz mo liwo ci wykorzystania niektórych technologii wp ywaj na proces projektowania in ynierskiego, decyduj c o doborze materia u, jak równie o sekwencji operacji technologicznych, a tak e o wymiarach, tolerancjach wymiarowych, po czeniach elementów i innych aspektach. Proces projektowania wymaga zatem uwzgl dnienia wielu czynników zwi zanych z procesem technologicznym poprzez projektowanie ze wzgl du na lub alternatywnie za wzgl du na: wytwarzanie i monta, odlewanie, obróbk plastyczn, metalurgi proszków, obróbk ubytkow, czenie, obróbk ciepln i powierzchniow, procesy stosowane dla materia ów ceramicznych, procesy stosowane dla materia ów polimerowych, wytwarzanie materia ów kompozytowych. Ze wzgl du na technologiczno produktu, w procesie projektowania powinno si uwzgl dnia tak e kolejne aspekty: ograniczenie ogólnej liczby elementów produktu, unifikacj i standaryzacj elementów, 14 L.A. Dobrza ski, G. Matula

7 stosowanie materia ów atwo obrabialnych, dostosowanie projektu do procesów wytwarzania, projektowanie ka dego elementu, tak by by atwy do wykonania, ograniczanie liczby operacji obróbki ubytkowej i wyko czaj cej. Rysunek 1.4. Uk ad zada uwzgl dnianych podczas projektowania in ynierskiego i ich wzajemne powi zanie (opracowano wed ug M. Skarbi skiego) 1. Podstawy metalurgii proszków 15

8 Open Access Library Volume 8 (14) Metody metalurgii proszków DEFINICJA METALURGII PROSZKÓW Dotychczasowe rozwa ania, dotycz ce znaczenia technologii procesów materia owych w procesach wytwarzania produktów wskazuj na wa n rol i mo liwo ci kszta towania zarówno postaci produktów, jak i w asno ci materia ów in ynierskich przez wykorzystanie metalurgii proszków. Jest ona dziedzin techniki, obejmuj c metody wytwarzania proszków metali i materia ów metalowych lub ich mieszanin z proszkami niemetalowymi oraz otrzymywania pó produktów i produktów z tych proszków bez konieczno ci roztapiania g ównego sk adnika. Z powodzeniem mo e ona konkurowa np. z odlewaniem, obróbk plastyczn i obróbk skrawaniem, uzupe niaj c lub zast puj c te technologie. Elementy z niektórych materia ów, np. metali trudno topliwych i w glików spiekanych, mog by wytworzone jedynie metodami metalurgii proszków. Technologie metalurgii proszków i materia- ów ceramicznych w wielu przypadkach wykazuj podobie stwa, wobec czego w niektórych rozdzia ach cznie omawiane s wybrane materia y spiekane i materia y ceramiczne. Do zalet metalurgii proszków mo na zaliczy ograniczenie zu ycia materia ów, brak mo liwo ci wytwarzania niektórych z nich innymi metodami i stosowanie ni szej temperatury ni w metalurgii konwencjonalnej. Wady metody metalurgii proszków s zwi zane z uzyskiwaniem materia ów o du ej porowato ci, a co za tym idzie o ma ej wytrzyma o ci, oraz z trudno ciami w uzyskiwaniu produktów o z o onym kszta cie ze wzgl du na nierównomierny rozk ad ci nienia w obj to ci proszku podczas prasowania. Porowato produktów mo na wykorzysta, np. w filtrach i o yskach porowatych (samosmaruj cych). PROCES TECHNOLOGICZNY PRODUKTÓW METOD METALURGII PROSZKÓW Najogólniej w procesie technologicznym produktów metod metalurgii proszków mo na wyszczególni nast puj ce operacje: wytworzenie proszku metalu lub mieszaniny proszków ró nych materia ów, przygotowanie proszku, formowanie proszku na zimno, 16 L.A. Dobrza ski, G. Matula

9 spiekanie, obróbk wyko czaj c. Przyk adowy proces technologiczny produktów z proszków elaza podano schematycznie na rysunku 1.5. Rysunek 1.5. Uproszczony schemat produkcji masowej produktów z proszków elaza i stali (wed ug W. Rutkowskiego); a) wytwarzanie proszków, b) przygotowanie proszków, c) formowanie wst pne i spiekanie, d) obróbka wyko czaj ca 1. Podstawy metalurgii proszków 17

10 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 W praktyce przemys owej lub badawczej cz sto wyst puj odst pstwa od typowego procesu technologicznego. Przyk adowo formowanie wst pne i spiekanie cz sto mog by po czone w jedn operacj. Niekiedy otrzymany spiek o du ej porowato ci jest nast pnie nasycany roztopionym metalem o temperaturze topnienia ni szej ni g ównego sk adnika. Mog wyst powa równie inne odst pstwa od podanego typowego procesu technologicznego, lecz charakterystyczne jest zawsze otrzymywanie wyj ciowego materia u w postaci proszku i jego spiekanie w temperaturze ni szej od temperatury topnienia g ównego sk adnika. KLASYFIKACJA METOD WYTWARZANIA PROSZKÓW Proszki s wytwarzane w wyniku mechanicznego lub fizykochemicznego rozdrabniania wyj ciowego materia u litego albo reakcji chemicznych lub fizykochemicznych z innych materia ów lub zwi zków chemicznych. Metody wytwarzania proszków podano na rysunku 1.6. METODY MECHANICZNE WYTWARZANIA PROSZKÓW Metodami mechanicznymi przez rozdrabnianie w m ynach kulowych, wibracyjnych lub wirowo-udarowych uzyskuje si proszki w kszta cie talerzykowatym (proszek Hametag na rysunku 1.7a), wielo ciennym lub od amkowym. Metody mechaniczne nale do ma o wydajnych i mog by stosowane w zasadzie do rozdrabniania metali i niemetali kruchych. Proszki rozdrobnione w m ynach kulowych lub wibracyjnych zwykle s zanieczyszczone materia em ok adzin m yna i kul, co wymaga nast pnego ich oczyszczania chemicznego. Najcz ciej stosowanym urz dzeniem do mechanicznego rozdrabniania proszków jest m yn wirowo-udarowy typu Hametag. W b bnie m yna dwa stalowe mig a obracaj ce si w przeciwnych kierunkach z du pr dko ci powoduj powstawanie wirów powietrza, które porywaj cz stki wsadu metalowego w postaci poci tego drutu, wiórów i innych odpadków. Rozdrobnienie cz stek nast puje w wyniku uderzania ich o mig a i ciany b bna oraz o siebie. Gaz wdmuchiwany do b bna przez wentylator unosi proszek, kieruj c go przez segregator do osadnika. Proszek jest odbierany okresowo do hermetycznych zasobników. 18 L.A. Dobrza ski, G. Matula

11 Rysunek 1.6. Ogólna klasyfikacja metod wytwarzania proszków Rysunek 1.7. Przyk ady kszta tów proszków metali otrzymanych ró nymi metodami (wed ug W. Rutkowskiego) 1. Podstawy metalurgii proszków 19

12 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 WYTWARZANIE PROSZKÓW METOD ROZPYLANIA Rozpylanie polega na rozbijaniu strumienia ciek ego metalu (rys. 1.8) na drobne kropelki przez rodek rozpylaj cy dzia aj cy pod znacznym ci nieniem. rodkiem tym jest zwykle woda, para wodna, powietrze lub gazy oboj tne. Kropelki cieczy zastygaj (rys. 1.7b) przed Rysunek 1.8. Schemat urz dzenia do rozpylania metali; 1 kad, 2 tygiel, 3 dysza, 4 komora rozpylania, 5 proszek opadni ciem na dno zbiornika. Dodatkowo, w metodzie znanej jako DPG poza rozpylaniem stosuje si równie mechaniczne rozbijanie strumienia ciek ego metalu za pomoc opatek klinów, zamocowanych na wiruj cej tarczy (rys. 1.9). W metodzie okre lanej jako RZ (rys. 1.7c) proces rozpylania jest po czony z wyst puj cymi w jego trakcie lub stosowanymi pó niej reakcjami chemicznymi utleniania, wypalania w gla lub redukcji. METODY FIZYKOCHEMICZNE OTRZYMYWANIA PROSZKÓW Bardzo czyste chemicznie proszki metali, g ównie elaza, o charakterystycznej strukturze warstwowej i o kszta cie kulistym (rys. 1.7d) otrzymuje si metod karbonylkow. Polega ona na wst pnym wytworzeniu karbonylków, np. Fe(CO) 5, w wyniku dzia ania tlenku w gla na rud lub z om metalu w reaktorach wysokoci nieniowych. Karbonylki metali, które s 20 L.A. Dobrza ski, G. Matula

13 cieczami, ogrzewane nast pnie powy ej temperatury wrzenia rozk adaj si na czysty metal, osadzaj cy si w ch odzonych zbiornikach, oraz tlenek w gla, s u cy do wytwarzania nast pnych porcji karbonylków. Proszki metali trudno topliwych mog by uzyskane przez redukcj (rys. 1.7g) ich tlenków lub soli, najcz ciej w piecach przepychowych w przeciwpr dzie gazu redukcyjnego, np. wodoru, lub w piecach zawiesinowych. Rysunek 1.9. Schemat urz dzenia do otrzymywania proszków metali przez rozpylanie metod DPG; 1 ciek y metal, 2 lejek z dysz, 3 woda, 4 wiruj ca tarcza z opatkami-klinami Metoda elektrolityczna polega na wydzielaniu metalu na katodzie, najcz ciej w postaci g bki, któr po wysuszeniu rozdrabnia si na proszek (rys. 1.7e). Proszki metali o niskiej temperaturze wrzenia, np. Zn, mog by wytwarzane metod odparowywania metalu i nast pnie kondensacji jego par w zbiorniku, zwanym kondensatorem. PRZYGOTOWANIE PROSZKU Przygotowanie proszku ma na celu uzyskanie odpowiedniego wsadu do dalszych operacji technologicznych. Procesy przygotowania wsadu obejmuj sortowanie proszku na ró ne frakcje 1. Podstawy metalurgii proszków 21

14 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 ziarnowe, mieszanie w odpowiednich proporcjach, dodawanie rodków po lizgowych i porotwórczych, a tak e granulacj proszków. METODY FORMOWANIA PROSZKÓW NA ZIMNO Formowanie na zimno polega na poddawaniu proszku ciskaniu w zamkni tej przestrzeni, w wyniku czego nast puje jego zag szczenie. W zale no ci od kszta tu formy oraz w asno ci Rysunek Schemat prasowania jednostronnego proszków; 1 stempel górny, 2 matryca, 3 proszek, 4 stempel dolny proszku, w szczególno ci za od jego plastyczno ci, zag szczalno ci i formowalno ci, dobiera si odpowiedni metod formowania na zimno, a mianowicie: prasowanie na zimno w ró nego rodzaju prasach w zamkni tych matrycach (rys. 1.10), prasowanie izostatyczne w komorach wysokoci nieniowych, wibracyjne zag szczanie proszków, prasowanie obwiedniowe (rys. 1.11), prasowanie krocz ce (rys. 1.12), walcowanie proszków (rys. 1.13), wyciskanie proszków na zimno (rys. 1.14), 22 L.A. Dobrza ski, G. Matula

15 formowanie udarowe, kucie na zimno, odlewanie i napylanie g stwy, tj. silnie zag szczonej zawiesiny proszku materia u podstawowego w cieczy z dodatkiem rodków zapobiegaj cych aglomeracji ziarn (rys. 1.15). W wyniku formowania uzyskuje si formówki, np. wypraski, odkuwki, walcówki. Rysunek Schemat prasowania obwiedniowego proszków; 1 obracaj cy si stempel, 2 matryca, 3 wypychacz, 4 proszek Rysunek Schemat urz dzenia do prasowania krocz cego proszków (wed ug W. Rutkowskiego); 1 pod u na matryca, 2 przesuwaj cy si t ok metalowy, 3 proszek 1. Podstawy metalurgii proszków 23

16 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 ISTOTA SPIEKANIA Spiekaniem proszków jest nazywana operacja technologiczna (której poddaje si formówk lub lu no zasypane ziarna proszku), polegaj ca na z czeniu pod wp ywem ogrzewania poszczególnych ziarn proszku w kompozyt o okre lonych w asno ciach mechanicznych Rysunek Schemat walcowania proszków; 1 walce, 2 lej zasypowy, 3 proszek Rysunek Schemat wyciskania proszków bez os ony; 1 matryca, 2 rura stalowa, 3 popychacz proszku, 4 stempel, 5 uformowany proszek 24 L.A. Dobrza ski, G. Matula

17 i fizykochemicznych. W wyniku spiekania otrzymuje si spieki metali lub spieki ceramicznometalowe, zwane cermetalami. Spiekanie mo e przebiega jako: swobodne, pod dzia aniem si y, tj. po czone z formowaniem zapewniaj cym okre lony kszta t, np. w wyniku prasowania proszków na gor co, walcowania na gor co lub kucia na gor co. Rysunek Zasada odlewania g stwy a) forma, b) zalewanie g stwy, c) uzyskana kszta tka SPIEKANIE Z FAZ STA Spiekanie jest wykonywane zwykle poni ej temperatury topnienia g ównego sk adnika. Mo e przebiega w fazie sta ej, gdy w czasie tej operacji nie wyst puje faza ciek a. W pierwszym etapie spiekania w fazie sta ej ziarna proszku cz si w wyniku adhezji, wywo- ywanej g ównie formowaniem. Po nagrzaniu na powierzchni ziarn nast puje dyfuzja atomów, w miar up ywu czasu przebiegaj ca w ca ej obj to ci proszku. W wyniku tych zjawisk nast puje trwa e zespolenie ziarn oraz zmniejszenie porowato ci spieku. SPIEKANIE PO CZONE Z FORMOWANIEM W przypadku gdy spiekanie jest po czone z formowaniem, zewn trzne si y powoduj dodatkowe odkszta cenie plastyczne ziarn proszków metali, któremu ze wzgl du na wysok temperatur towarzysz zwykle procesy zdrowienia i rekrystalizacji statyczne lub dynamiczne. 1. Podstawy metalurgii proszków 25

18 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 SPIEKANIE Z FAZ CIEK W czasie tzw. spiekania z faz ciek przej ciowo lub stale mo e wyst powa faza ciek a, mimo e temperatura jest ni sza od temperatury topnienia g ównego sk adnika. Spiekanie z faz ciek jest zazwyczaj w a ciwe dla proszków wielosk adnikowych, a roztopieniu ulegaj niskotopliwe eutektyki utworzone przez poszczególne sk adniki. W pierwszym etapie spiekania z faz ciek tworzy si ciecz zape niaj ca pory mi dzy ziarnami proszku, u atwiaj ca przegrupowywanie si i zwarte u o enie ziarn. Z kolei nast puje rozpuszczanie si w cieczy niektórych drobnych ziarn oraz wydzielanie z cieczy kryszta ów na du ych ziarnach. W ko cu cz stki sta e zrastaj si i spiekaj. Spieki otrzymane w wyniku spiekania z faz ciek charakteryzuj si struktur sk adaj c si z równomiernie roz o onych ziarn fazy sta ej w zakrzep ej cieczy. W ASNO CI SPIEKÓW W wyniku spiekania uzyskuje si materia zwarty, jednak zwykle w pewnym stopniu porowaty, o strukturze jedno- lub wielofazowej. Zarówno spiekanie z faz sta, jak i ciek mo e prowadzi do uzyskania struktury jednorodnej lub niejednorodnej. Spieki cechuj si : zespoleniem poszczególnych ziarn proszku, utworzeniem nowych granic ziarn, w asno ciami ró nymi od w asno ci formówek, zazwyczaj obj to ci mniejsz od formówek, wi ksz g sto ci od formówek. Niekiedy spiekanie mo e jednak powodowa zwi kszenie obj to ci. Zmian obj to ci powodowan spiekaniem nale y bra pod uwag podczas projektowania przez uwzgl dnienie odpowiednich naddatków formówek. OPERACJE OBRÓBKI WYKO CZAJ CEJ SPIEKÓW Obróbka wyko czaj ca spieków obejmuje: obróbk ciepln, 26 L.A. Dobrza ski, G. Matula

19 kalibrowanie, nasycanie spieków metalami, obróbk plastyczn, obróbk skrawaniem. OBRÓBKA CIEPLNA SPIEKÓW W celu polepszenia w asno ci mechanicznych oraz fizycznych spieki metali mog by poddawane obróbce cieplnej zwyk ej, która w zale no ci od sk adu chemicznego spieku polega na hartowaniu i odpuszczaniu, przesycaniu i starzeniu, a tak e obróbce cieplnochemicznej, g ównie naw glaniu lub azotowaniu. Ze wzgl du na mniejsze przewodnictwo cieplne, szybko ci nagrzewania i ch odzenia spieków s mniejsze ni materia ów konwencjonalnych, a czas ich wygrzewania jest d u szy. KALIBROWANIE W celu uzyskania wysokiej dok adno ci wymiarowej gotowe produkty poddaje si kalibrowaniu przy naciskach znacznie mniejszych ni podczas operacji formowania na zimno. NASYCANIE SPIEKÓW METALAMI Spieki o znacznej porowato ci mog by nasycane metalami o temperaturze topnienia ni szej ni gotowego spieku. Mo e si to odbywa przez zanurzanie spiekanego i porowatego szkieletu w roztopionym metalu nasycaj cym lub wygrzewanie szkieletu z proszkiem metalu nasycaj cego w piecu z atmosfer regulowan. Stosowane s zró nicowane metody infiltracji ciek ego metalu do porowatej kszta tki produktu, m.in. pró niowa, nisko- lub wysokoci nieniowa, zapewniaj ce dok adne wype nienie porów kszta tki metalow osnow. OBRÓBKA PLASTYCZNA I OBRÓBKA SKRAWANIEM W celu nadania wymaganych cech geometrycznych oraz w asno ci, pó produkty ze spiekanych metali w kszta cie bloków poddaje si obróbce plastycznej, np. kuciu lub walcowaniu. 1. Podstawy metalurgii proszków 27

20 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 Obróbka skrawaniem, np. szlifowanie, umo liwia ostateczne nadanie kszta tu i uzyskanie wymaganej g adko ci powierzchni Ogólna charakterystyka selektywnego spiekania laserowego OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA METOD WYTWARZANIA PRZYROSTOWEGO Do nowoczesnych metod metalurgii proszków mo na zaliczy metody przyrostowego wytwarzania, m.in. szybkiego wytwarzania narz dzi, znane jako RT (j. ang.: Rapid Tooling), stosowane do otrzymywania stalowych form do formowania wtryskowego lub do odlewania pod ci nieniem, t oczników metalowych, a tak e elementów maszyn. Metody te s wykorzystywane równie do otrzymywania metalowych prototypów oraz produktów finalnych w wyniku laserowego spiekania proszków metalicznych, w tym tak e do zastosowa w medycynie, implantologii np. na sztuczn uchw z tytanu i ceramiki, a tak e przy wytwarzaniu wysoko wyspecjalizowanych narz dzi medycznych. Wymaga to zapewnienia oczekiwanej biokompatybilno ci materia u zastosowanego proszku oraz mo liwo ci sterylizacji gotowego produktu. Metody przyrostowego wytwarzania s u do spiekania szerokiej gamy proszków metalicznych, w tym m.in. stopów metali lekkich, stopów tytanu, stali, stopów i nadstopów kobaltu i chromu, a tak e materia ów polimerowych (np. poliamidu) lub ceramiki i materia ów kompozytowych. Zastosowanie tej innowacyjnej technologii powoduje, e jako produktów z materia ów polimerowych nie odbiega od wykonanych konwencjonalnie przez wtryskiwanie. Technologia ta umo liwia produkcj elementów pojedynczych lub w niewielkich seriach, zgodnie z indywidualnym zapotrzebowaniem rynkowym, zapewniaj c uzyskanie wg bie, podci i kana ów wewn trznych, trudnych lub wr cz niemo liwych do wytworzenia konwencjonalnie. Odpowiednie technologie przyrostowego wytwarzania znane s jako selektywne spiekanie laserowe SLS (j. ang.: Selective Laser Sintering) lub bezpo rednie spiekanie laserowe metali DMLS (j. ang.: Direct Metal Laser Sintering). Technologie te polegaj na scalaniu warstw proszku przy u yciu wi zki promieniowania laserowego z zakresu podczerwieni, którego ród em jest laser CO 2 lub Nd:YAG. Mo liwe jest równie zastosowanie podwójnego systemu laserów. Nie jest przy tym konieczne stosowanie dodatkowych elementów podtrzymuj cych, 28 L.A. Dobrza ski, G. Matula

21 gdy materia który nie zosta poddany spiekaniu stanowi podparcie wystaj cych cz ci i pochylonych lub zamykaj cych powierzchni wytwarzanego elementu. Proces jest sterowany komputerowo, po zaprojektowaniu i zamodelowaniu wytwarzanego produktu z wykorzystaniem odpowiedniego programu CAD (j. ang.: Computer Aided Design). W celu zrealizowania pe nego cyklu wytworzenia jakiegokolwiek elementu jedn z wymienionych technologii nale y automatycznie rozprowadza kolejne cienkie warstwy proszku lub mieszaniny proszków na powierzchni p yty roboczej o odpowiedniej chropowato ci i temperaturze, umieszczonej na stole roboczym o automatycznie regulowanym po o eniu, a nast pnie na powierzchni poprzednio zestalonych warstw. Za pomoc zgarniacza wyrównywana jest ka dorazowo warstwa proszku. Sterowana komputerowo wi zka laserowa jest prowadzona po powierzchni proszku wykorzystuj c program CAD, w kolejnych warstwach (odpowiadaj cych poprzecznemu przekrojowi wirtualnego przestrzennego modelu przedmiotu zapisanego przy u yciu zapisu cyfrowego CAD 3D), powoduj cych spiekanie cz stek proszku w ci le okre lony sposób i w selektywnie wybranych miejscach na powierzchni proszku. Stó z kolejn warstw proszku obni a si o zadan wysoko, wynikaj c z automatycznego podzia u wirtualnego przestrzennego modelu przedmiotu na warstwy o zadanej grubo ci i cykl rozprowadzania proszku oraz spiekania laserowego powtarza si, a do uzyskania kompletnie zestalonego przedmiotu, który mo e by oddany do u ytku po ostudzeniu i oczyszczeniu z nadmiaru proszku. System zapewnia monitorowanie temperatury wytwarzanego przedmiotu i warunki spiekania laserowego przedmiotu o w asno ciach mechanicznych powtarzalnych w ca ej obj to ci. Mo liwe jest te przetapianie proszku wi zk laserow i wtedy nast puje przej cie materia u od stanu sta ego w postaci proszku poprzez stan ciek y do stanu sta ego w postaci wytworzonego przedmiotu Ogólna charakterystyka materia ów oraz produktów spiekanych z proszków PRODUKTY SPIEKANE ZE STALI W GLOWYCH I STOPOWYCH Metody metalurgii proszków znalaz y zastosowanie w masowej produkcji licznych elementów wytwarzanych z elaza, stali w glowych i stali stopowych. Umo liwiaj bowiem 1. Podstawy metalurgii proszków 29

22 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 znaczne zmniejszenie pracoch onno ci, odci enie obrabiarek, oszcz dno ci surowcowe i zmniejszenie ilo ci odpadów. Spiekane elementy maszyn s stosowane w przemy le maszynowym i motoryzacyjnym. W postaci produktów z proszków spiekanych s wytwarzane ko a z bate, rolki, podk adki, nakr tki, zapadki, elementy amortyzatorów, gniazda zaworów, o yska, okucia budowlane, elementy uzbrojenia, maszyn biurowych i maszyn do szycia. Produkty spiekane ze stali niskow glowej cechuj si wytrzyma o ci na rozci ganie ok. 220 MPa, twardo ci 50 HBW i wyd u eniem do 20%. Zwi kszenie wytrzyma o ci i odporno ci na korozj i cieranie jest mo liwe w przypadku zastosowania produktów z proszków stalowych, w szczególno ci o sk adzie chemicznym odpowiadaj cym stalom specjalnym. Produkty takie mo na uzyskiwa ró nymi metodami, a mianowicie przez: spiekanie proszków stali o sk adzie chemicznym odpowiadaj cym gotowemu spiekowi, wymieszanie w odpowiednio dobranych proporcjach proszków elaza ze sproszkowanym w glem i proszkami innych sk adników stopowych i nast pne spiekanie, wymieszanie proszków elaza z proszkami eliwa lub elazostopów i nast pnie spiekanie, naw glanie produktów otrzymanych przez spiekanie proszków elaza. PRODUKTY SPIEKANE Z MIEDZI I JEJ STOPÓW Szeroko s stosowane produkty spiekane z miedzi i jej stopów. Wytwarza si je z mieszaniny proszków Cu, Sn lub Zn albo proszków stopowych, np. Cu-Pb lub Cu-Zn. Mied oraz br zy lub mosi dze s stosowane do wytwarzania spiekanych elementów urz dze i maszyn, oku budowlanych, w medalierstwie. O YSKA I FILTRY SPIEKANE Metody metalurgii proszków umo liwiaj wytwarzanie produktów, których nie mo na wytworzy innymi metodami. Do produktów tych nale mi dzy innymi: o yska lite, o yska porowate, filtry spiekane. 30 L.A. Dobrza ski, G. Matula

23 SPIEKANE O YSKA LITE Spiekane o yska lizgowe wykazuj dobre w asno ci mechaniczne. Spiekane o yska lite zwykle s wytwarzane przez prasowanie na gor co lub nasycanie szkieletu z metali trudno topliwych metalami o ni szej temperaturze topnienia. S stosowane w podwy szonej i obni- onej temperaturze oraz przy wysokich obci eniach, które to warunki wykluczaj smarowanie olejami. Spiekane o yska lite o odpowiednim udziale grafitu lub mi kkich metali niskotopliwych s samosmarowne. Najcz ciej wytwarza si je z elazografitu lub miedziografitu. elazo mo e by cz ciowo zast pione przez Cu, Pb, Sn lub Zn, natomiast mied przez Sn, Zn, lub Pb. Mo e by stosowany równie br z o owiowy o st eniu 10-40% Pb. W zale no ci od warunków pracy o yska lizgowe mog zawiera tak e 0-60% Cu, 0-70% Ni, 0-70% Co, 0-30% Cr, 0-10% Al, 0-10% Mo, do 50% grafitu oraz 0-40% w glików lub borków metali. POROWATE O YSKA SAMOSMAROWNE W przeciwie stwie do licznych materia ów spiekanych, w tym tak e o ysk litych, charakteryzuj cych si du g sto ci, niektóre produkty, takie jak o yska samosmarowne, s wytwarzane jako porowate. Pory istniej ce wewn trz materia u s po czone ze sob, tworz c kapilarne kanaliki. Obj to porów si ga 50% ca kowitej obj to ci o ysk. o yska porowate (PN-H-97044:1996) s wytwarzane z proszków metali, najcz ciej ze stopów elaza lub miedzi, m.in. ze stopów miedzi z cyn, do których mog by dodawane proszki niemetali, np. grafitu. Najcz ciej o yska te produkuje si w postaci cienko ciennych tulei lub tulei z ko nierzami, a tak e w postaci bary kowatej. S równie wytwarzane ta my porowate, nak adane nast pnie na podk adki stalowe i zwijane w pó panewki. o yska porowate nasyca si odpowiednim olejem, który w czasie pracy smaruje wa lub o. Wyst puje wówczas równowaga mi dzy si ami wysysania oleju a si ami kapilarnymi porów, dzi ki czemu olej nie wycieka, a po zaprzestaniu pracy natychmiast jest wci gany w g b o yska. Spiekane o yska porowate s stosowane w uk adach, w których nie ma mo liwo ci doprowadzenia dodatkowego smarowania oraz wykonywania przegl dów okresowych oraz tam, gdzie nie mo na dopu ci do wyciekania oleju. o yska porowate z dodatkowym 1. Podstawy metalurgii proszków 31

24 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 smarowaniem s stosowane w ci kich warunkach pracy przy du ej pr dko ci oraz obci - eniu. SPIEKANE FILTRY POROWATE Do produktów spiekanych o porowato ci do 50% nale filtry. W zale no ci od warunków pracy, g ównie od temperatury, wykonuje si je z proszków br zów cynowych, stali chromowych lub austenitycznych odpornych na korozj albo mosi dzów niklowych, a tak e z proszków innych metali. Spiekane mog by równie w ókna metali. Porowate filtry spiekane umo liwiaj oczyszczanie z cz stek o rednicy mm. Gazy s oczyszczane z zanieczyszcze mechanicznych, a tak e w pewnym stopniu osuszane. Za pomoc porowatych filtrów mo liwa jest równie regulacja ci nienia gazów. Ciecze s oczyszczane g ównie z zanieczyszcze mechanicznych. Filtry spiekane o porowato ci do 50% cechuj si dobrymi w asno ciami mechanicznymi, w tym wytrzyma o ci na rozci ganie, wytrzyma o ci na zginanie, a tak e du odporno ci na obci enia udarowe i dzia anie wysokiej temperatury. Mog by regenerowane przez przep ukiwanie lub przedmuchiwanie oraz metodami chemicznymi. S stosowane w przemys ach zbrojeniowym, lotniczym, motoryzacyjnym, chemicznym i obrabiarkowym. SPIEKANE STALE ODPORNE NA KOROZJ Spo ród materia ów spiekanych pewne znaczenie techniczne zyska y stale odporne na korozj, wytwarzane metodami metalurgii proszków, np. metod ASP lub spiekania proszków Fe, Cr, Ni. Metody te umo liwiaj wytworzenie stali o bardzo ma ym st eniu w gla, bardzo trudnych do otrzymania metod konwencjonaln. SPIEKANE METALE TRUDNO TOPLIWE Metody metalurgii proszków umo liwiaj otrzymanie czystych metali trudno topliwych, np. Ta, Nb, Ti, odpornych na korozj, albo W lub Mo stosowanych do pracy w wysokiej temperaturze, m.in. w elektrotechnice i elektronice. Spiekane metale trudno topliwe poddaje si obróbce plastycznej na gor co, np. m otkowaniu, ci gnieniu drutów, kuciu lub walcowaniu. 32 L.A. Dobrza ski, G. Matula

25 CERMETALE AROODPORNE I AROWYTRZYMA E Liczn grup spieków aroodpornych i arowytrzyma ych stanowi kompozyty ceramiczno-metalowe. Materia ami ceramicznymi s zwykle tlenki, w gliki, krzemki lub borki. Powoduj one zwi kszenie odporno ci na dzia anie wysokiej temperatury i niewra liwo w asno ci wytrzyma o ciowych na zmian temperatury, aroodporno, du twardo i odporno na cieranie w wysokiej temperaturze. Jako materia y aroodporne mog by stosowane w gliki spiekane oraz tlenki spiekane. Do omawianej grupy materia ów nale równie metale umacniane dyspersyjnie przez obc faz tward i aroodporn, jak np. wolfram spiekany z niewielkim dodatkiem tlenku sodu, wapnia lub aluminium, dwutlenku krzemu albo dwutlenku toru, zapobiegaj ce nadmiernemu rozrostowi ziarn i pe zaniu wolframu. Podobnie jest spiekany chrom z dodatkiem tlenku itru. Metoda SAP (spiekanie proszku aluminium) jest stosowana w produkcji spieków Al+Al 2 O 3. Udzia tlenków w tych spiekach si ga 15%, zwykle wynosi jednak 5-11%. Obecnie, oprócz aluminium, metod t s wytwarzane m.in. spieki U+UO 2, Fe+Al 2 O 3, Fe Cr+Al 2 O 3, Fe+Fe 2 O 3 i Ni+Al 2 O 3. SPIEKANE MATERIA Y NA OSNOWIE NIKLU I ELAZA UTWARDZANE WYDZIELENIAMI TLENKÓW Od II po owy XX wieku materia y na osnowie niklu, elaza i aluminium s wytwarzane metodami metalurgii proszków przez mechaniczne stopowanie i utwardzanie dyspersyjne tlenkami MA ODS (j. ang.: Mechanical Alloying Oxides Dispersion-Strengthened). Materia y te po raz pierwszy zastosowano na elementy turbin gazowych silników lotniczych, a pó niej na turbiny przemys owe, w tym opatki, dysze, komory spalania. Obecnie materia y wytwarzane metodami metalurgii proszków przez mechaniczne stopowanie i utwardzanie dyspersyjne tlenkami MA ODS s stosowane na liczne elementy w ró nych ga ziach przemys u, w czaj c wiece arowe silników Diesla, elementy pieców do obróbki cieplnej, jak os ony, kosze, palety, szyny lizgowe dla palet stalowych, paleniska kot ów w glowych i olejowych, os ony termoelementów, elementy do obróbki ciek ego szk a. Proszki metali o odpowiednio dobranym sk adzie chemicznym oraz strukturze wytwarzane s metod mechanicznego stopowania w m ynach z poziomymi kulami lub mi dzy pionowymi 1. Podstawy metalurgii proszków 33

26 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 tarczami ciernymi. Nast puje czenie na zimno cz stek proszków o ró nym sk adzie, tj. Ni, Ti i Al, a równocze nie p kanie innych cz stek. Powoduje to stabilizacj zarówno rozmiarów jak i sk adu chemicznego proszku. Z kolei nast puje mieszanie proszku wytworzonego metod stopowania mechanicznego jako osnowy o redniej wielko ci 150 m (w udziale ok. 15%) z proszkiem niklu o rozmiarach 4-7 m (w udziale ok. 64%), proszkiem chromu o rozmiarach 150 m (w udziale ok. 20%), a tak e z ok. 2% Y 2 O 3 o rozmiarach ok. 25 nm (rys. 1.16). Rysunek Schemat procesu technologicznego wytwarzania materia ów spiekanych MA ODS (opracowano wed ug J.J. debarbadillo i J.J. Fischera) Materia y s wytwarzane metodami metalurgii proszków przez mechaniczne stopowanie i utwardzanie dyspersyjne tlenkami MA ODS jako pr ty, p yty, blachy, rury, druty, kszta tki i odkuwki. Ich w asno ci zale od struktury ziarn, a tak e od obecno ci drobnoziarnistych wydziele tlenków. Zwykle po wytwarzaniu stosuje si wy arzanie w temperaturze 1315ºC. Ziarna maj wyd u on struktur zwi zan z technologi wyciskania lub odkszta cenia i zapewniaj wysokie w asno ci mechaniczne w podwy szonej temperaturze. Je eli w wyniku staranno ci technologicznej zapewniona jest równoosiowa struktura ziarn w p aszczy nie blachy, w jej p aszczy nie wyst puj niemal izotropowe w asno ci W tablicy 1.1 podano przyk adowo sk ady chemiczne kilku komercyjnych materia ów spiekanych wytwarzanych t technologi. Materia y te mog by spawane elektrod wolframow 34 L.A. Dobrza ski, G. Matula

27 w os onie gazów oboj tnych, wi zk elektronow lub laserowo, a tak e zgrzewane w pró ni lub lutowane dyfuzyjnie. Tablica 1.1. Orientacyjne sk ady chemiczne kilku wybranych stopów wytwarzanych metod stopowania mechanicznego i utwardzania dyspersyjnymi tlenkami (MA ODS) (wed ug J.J debarbadillo i J.J. Fischera) Rodzaj nadstopu wed ug ASTM Udzia masowy sk adników, % Cr Al Ti W Mo Ta Y 2 O 3 C B Zr Ni Fe MA ,3 0,5 0,6 0,05 reszta MA ,3 0,5 0,6 0,05 reszta MA ,5 2 0,95 0,05 0,01 0,15 reszta MA ,5 2, ,1 0,05 0,01 0,15 reszta MA ,5 0,5 0,5 0,05 reszta ZASTOSOWANIE METALURGII PROSZKÓW W PRODUKCJI MATERIA ÓW NARZ DZIOWYCH Metalurgia proszków znalaz a szerokie zastosowanie w produkcji spiekanych materia ów narz dziowych, takich jak w gliki spiekane metali, w glikostale, stale szybkotn ce o bardzo du ym st eniu w gla i pierwiastków stopowych, a tak e innych cermetali i spieków ceramicznych nie do wytworzenia innymi sposobami. Metalurgia proszków umo liwia ponadto uzyskanie materia ów, np. stali szybkotn cych, o lepszych w asno ciach technologicznych od materia ów produkowanych metodami konwencjonalnymi (rys. 1.17). W stalach tych zdo ano bowiem wyeliminowa niemal zupe nie segregacj i pasmowo w glików, nawet w produktach o najwi kszym przekroju. Ze stali szybkotn cych lub w glikostali mo na wykona narz dzia bezpo rednio przez prasowanie i spiekanie. 1. Podstawy metalurgii proszków 35

28 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 Rysunek Schemat: a) zakresów szybko ci skrawania i dopuszczalnego posuwu, b) twardo ci i wytrzyma o ci na zginanie ró nych spiekanych materia ów narz dziowych i konwencjonalnych stali szybkotn cych 36 L.A. Dobrza ski, G. Matula

29 OGÓLNE WYMAGANIA STAWIANE SPIEKANYM MATERIA OM NARZ DZIOWYM Szybko rozwijaj ca si technika i technologia stwarza konieczno zwi kszania wymaga stawianych spiekanym materia om narz dziowym w zakresie w asno ci mechanicznych, mi dzy innymi odporno ci na zu ycie. Nieustanny rozwój nowoczesnych spiekanych materia ów narz dziowych zwi zany jest z szybkim post pem w dziedzinie in ynierii materia owej. Nowoczesne spiekane materia y narz dziowe ze wzgl du na charakter ich pracy oraz z o ono mechanizmów zu ycia, którym podlegaj ostrza narz dzi skrawaj cych, powinny spe nia liczne wymagania, do których nale mi dzy innymi: wysoka twardo, du a udarno, odporno na z o one zu ycie (adhezyjne, dyfuzyjne, cierne i cieplne), odporno na wysok temperatur, du a wytrzyma o na ciskanie, rozci ganie, skr canie i zginanie, wysoka odporno na zm czenie mechaniczne i cieplne, dobra przewodno cieplna i pojemno cieplna, stabilno kraw dzi skrawaj cych, dobra ci gliwo. Idealny materia narz dziowy o uniwersalnym zastosowaniu, powinien czy w sobie podane w asno ci, a szczególnie najwi ksz odporno na zu ycie i twardo z du wytrzyma o ci i dobr ci gliwo ci przy jednoczesnej oboj tno ci chemicznej w stosunku do obrabianego materia u. Jednak e pomimo intensywnego rozwoju in ynierii materia owej ci gle nie wytworzono idealnego materia u narz dziowego ze wzgl du na podstawow sprzeczno mi dzy takimi w asno ciami jak twardo i ci gliwo. OGÓLNA KLASYFIKACJA SPIEKANYCH MATERIA ÓW NARZ DZIOWYCH Najogólniej w grupie spiekanych materia ów narz dziowych mo na wydzieli : stale i cermetale oparte na w glikach metali przej ciowych oraz cermetale oparte na azotkach lub mieszaninach azotków i w glików metali przej ciowych, 1. Podstawy metalurgii proszków 37

30 Open Access Library Volume 8 (14) 2012 materia y ceramiczne zawieraj ce g ównie -Al 2 O 3 i/lub Si 3 N 4, ewentualnie z dodatkiem tlenków innych pierwiastków, materia y mieszane ceramiczno-w glikowe zawieraj ce zarówno -Al 2 O 3 oraz (lub) Si 3 N 4, jak i w gliki metali przej ciowych z ewentualnym dodatkiem tlenków lub azotków innych pierwiastków, supertwarde materia y spiekane w tym polikrystaliczny syntetyczny diament i azotek boru BN o regularnej sieci przestrzennej, zwany borazonem przewa nie nak adane na p ytki z w glików spiekanych. Tablica 1.2. Mo liwo ci zastosowania ró nych spiekanych materia ów narz dziowych Materia narz dziowy Cermetale narz dziowe TiN Tlenkowe materia y ceramiczne Tlenkowo-w glikowe materia y ceramiczne stal eliwo Materia obrabiany stale odporne na korozj stopy niklu metale nie elazne materia y niemetalowe / / / / / / / / Spiekany azotek krzemu / / Sialony / / Lity regularny azotek boru / / Ostrza p ytkowe z regularnego azotku boru Ostrza p ytkowe z polikrystalicznego syntetycznego diamentu / / Oznaczenia: zalecane do toczenia, zalecane do frezowania, niezalecane. Grup materia ów opartych na w glikach metali przej ciowych mo na dodatkowo podzieli na: spiekane stale szybkotn ce, w glikostale spiekane, 38 L.A. Dobrza ski, G. Matula

31 w gliki spiekane, ze wzgl du na udzia obj to ciowy w glików w strukturze. ZASTOSOWANIE SPIEKANYCH MATERIA ÓW NARZ DZIOWYCH W zale no ci od sk adu fazowego oraz udzia u cz stek twardych faz w spiekanych materia- ach narz dziowych (od ich obecno ci lub nie) oraz sk adu chemicznego materia u wi cego, a tak e mo liwo ci poddania materia u obróbce cieplnej zró nicowane s w asno ci i zastosowanie produktów gotowych ze spiekanych materia ów narz dziowych. Zakresy zastosowania poszczególnych grup tych materia ów narz dziowych w procesach obróbki skrawaniem podano orientacyjnie na rysunku W tablicy 1.2 przedstawiono mo liwo ci zastosowania spiekanych materia ów narz dziowych do obróbki ró nych materia ów. 1. Podstawy metalurgii proszków 39