Порошкова металургія: коли вона замінює традиційне литво
Порошкова металургія витісняє литво і механічну обробку у деталях масового випуску. Технологія прес-спікання дає точність ±0.1 мм і майже нульові відходи. Заготовка виходить з печі готовою: у токарну ділянку її вже не везуть, різцем зняти нічого. Метод не універсальний. Але у своєму діапазоні розмірів і серій він поза конкуренцією за собівартістю одиниці й точністю розмірів.
Отримання порошку атомізацією
Метал плавлять в індукційній печі й перегрівають на 100-150°C вище точки плавлення. Розплав розпорошують струменем інертного газу. Аргон чи азот під тиском 2-4 МПа розбивають рідину на дрібні краплі. Ті застигають за частки секунди й перетворюються на сферичні частинки розміром 40-150 мкм. Так виготовляють порошок заліза, порошок міді, бронзи, легованих сталей, високонікелевих сплавів і нержавіючих марок. Отриманий продукт просівають на віброситах у вузькі фракції, бо рівномірна щільність готової деталі можлива лише при вузькому діапазоні розмірів. Сферична форма частинок дає добру плинність порошку у прес-формі.
Пресування у прес-формі
Порошок засипають у сталеву прес-форму й ущільнюють пуансоном на гідравлічному пресі. Тиск підбирають за матеріалом: для міді достатньо 200 МПа, для конструкційних сталей беруть 600-800 МПа, для твердих сплавів іще вище. Заготовку у такому стані називають зеленою деталлю. Вона крихка й ламається від необережного удару, тому переносять її на спеціальних піддонах. Геометрію задає форма інструмента, тому глибокі піднутрення, різьбу і тонкі перегородки менше 0.8 мм закладати не можна. Прес-форма з інструментальної сталі коштує від 300 тисяч гривень і витримує близько 500 тисяч циклів пресування.
Спікання у захисній атмосфері
Зелену деталь везуть у прохідну піч з азотно-водневою або дисоційованою аміачною атмосферою. Мідні й бронзові заготовки тримають при 850-950°C, сталеві прогрівають до 1100-1250°C. Витримка від 30 до 90 хвилин у залежності від товщини. Дифузія зрощує частинки між собою, пори частково закриваються, метал набирає міцності. Захисна атмосфера не дає окислитися залізу і хрому під час нагрівання, а водень відновлює тонкі оксидні плівки з поверхні порошку. Після печі деталь проходить калібрування: додаткове пресування у чистовій формі для розмірів по 6 квалітету.
Приклади спечених деталей
Зубчасті колеса автомобільних коробок передач, сателіти диференціалів, кулачки і важільні механізми газорозподілу - типові спечені деталі сучасного автопрому. Самозмащувальні бронзові підшипники містять у порах до 25% мастила й не вимагають сервісу протягом усього ресурсу вузла. Неодимові магніти пресують з порошку рідкісноземельних сплавів для електромоторів електромобілів і генераторів вітряків. У побутовій техніці спечені деталі стоять у редукторах, замках, электроінструменті. Постачальник zpsplav.com.ua тримає на складі порошки і лігатури для таких виробництв.
Коли PM вигідніша за литво
Технологія прес-спікання рентабельна від 100 тисяч штук на рік. Прес-форма коштує дорого й окупається лише на серії. Маса однієї деталі обмежена приблизно 500 г, більші заготовки не пропресовуються рівномірно по всьому об'єму. Форми беруть простіші за литі: без глибоких піднутрень і тонких перегородок. Ливарна модель дає більше свободи у геометрії, але після литва майже завжди потрібна механічна обробка. Порошкова металургія замінює литво там, де потрібна повторюваність розмірів без наступної обробки, і виграє в економіці рази при серії від ста тисяч.