Порошковые материалы: назначение, классификация и виды

Назначение, классификация и виды порошковых материалов

Металлические порошки давно перестали быть сырьём лишь для отдельных операций — сегодня из них создают целые классы изделий с уникальным сочетанием свойств. Метод порошковой металлургии позволяет получать детали, которые сложно или невозможно изготовить традиционной обработкой. Ниже разобрано, что относят к порошковым материалам, как их систематизируют и чем различаются основные разновидности.

Для чего применяют порошковые материалы?

Технология порошковой металлургии даёт широкий спектр материалов с особыми характеристиками. Из них выпускают конструкционные элементы машин и механизмов, подшипники и прочие узлы трения, металлорежущий и породоразрушающий инструмент, оборудование для атомных станций, испарительные охладители, детали электротехники и множество других изделий промышленного назначения.

По назначению современные порошковые материалы принято делить на четыре группы:

1. Конструкционные — сюда входят металлические, металлокерамические и минералокерамические конструкционные материалы, а также металловолоконные и композитные дисперсноупрочнённые материалы.
2. Пористые — фильтрующие и потеющие пористые материалы, тепловые трубы из пористых основ, триботехнические пористые материалы и высокопрочные пеноматериалы.
3. Электротехнические — контактные и магнитные материалы.
4. Материалы для ядерной энергетики.

Что представляют собой конструкционные порошковые материалы?

Наиболее распространённая продукция порошковой металлургии — конструкционные детали приборов, машин и механизмов. По условиям эксплуатации их разделяют на ненагруженные, мало-, средне- и сильнонагруженные. Типичные примеры таких деталей — зубчатые колёса, гайки, фланцы, крышки, роторы и статоры насосов, муфты, кольца, ограничители, а также элементы измерительной аппаратуры.

Среди конструкционных порошковых материалов чаще всего используют следующие:

1. Углеродистая сталь. Из неё выпускают ненагруженные и малонагруженные детали.
2. Медистые стали. Медь — самый распространённый металл при производстве порошковых легированных сталей. Она действует графитизирующе, снижая критическую скорость закалки, а значит, повышает прокаливаемость и улучшает прессуемость. Заметнее всего влияние меди на механические свойства проявляется при низком содержании углерода.
3. Кремнистые стали. Кремний вводят ради получения графитизированных сталей; он же повышает триботехнические качества сплавов.
4. Марганцовистые стали. Марганец образует с углеродом карбид, более устойчивый и прочный, чем карбид железа. При его введении формируются карбиды, где атомы железа замещаются атомами марганца. Такие материалы получают механическим смешиванием железного порошка с легирующими элементами (в чистом виде или в форме ферросплава), однократным прессованием и спеканием при 1280 °C.
5. Молибденовые стали. Соотношение железа и молибдена варьируется в широких пределах — оно зависит от режима термической обработки и химического состава стали.
6. Хромистые стали. Хром применяют для легирования порошковых сталей, чтобы повысить их прочность и износостойкость, а также придать особые физико-химические свойства.

Чем отличаются конструкционные металлокерамические материалы?

К этой группе относят металлокерамические твёрдые сплавы, или керметы, — материалы со сложной структурой. В их составе более 50 % занимает твердозернистая фаза (карбиды, оксиды, нитриды и бориды различных металлов), а роль матрицы, удерживающей зёрна, играют чистые металлы — никель, кобальт и тугоплавкие металлы.

Керметы идут на изготовление рабочих частей штамповочного, бурового и металлорежущего инструмента. Это один из самых востребованных типов порошковых материалов, и именно здесь потенциал порошковой металлургии раскрывается в полной мере: безотходная технология позволяет соединять компоненты со сложной структурой, сильно различающиеся температурой плавления и набором физико-химических свойств.