1

01. Uvod II24

23Strojarska tehnologija II

2. Metalurgija praha

42.1Osnove metalurgije praha

2.1.1Prahovi4

2.1.2Proizvodnja praha7

2.1.3Postupci prakaste metalurgije10

2.2Postupci sa sinteriranjem11

2.2.1Konvencionalno preanje u kalupu11

2.2.2Hladno izostatiko preanje17

2.2.3Injekcijsko preanje metala18

2.2.4Sabijanje valjanjem18

2.3Postupci bez sinteriranja19

2.3.1Kovanje praha19

2.3.2Vrue preanje19

2.3.3Vrue izostatiko preanje20

2.3.4Injekcijsko oblikovanje u poluvrstom stanju21

2.3.5Oblikovanje natrcavanjem22

2.4Procesi metalurgije praha23

2.4.1Preanje25

2.4.2Sinteriraranje26

2.4.3Usporedba postupaka metalurgije praha27

Literatura30

Metalurgija praha, (PM ( en. Powder Metallurgy) je tehnologija proizvodnje mehanikih konstrukcijskih i drugih dijelova od metalnih prahova. Pri tome se odvijaju dva procesa:

1. kompaktiranje zbijanje metalnog praha u eljeni oblik i

2. sinteriranje povezivanje estica praha u vrstu masu.

Mehanika su svojstva proizvoda uglavnom jednaka, a nekim sluajevima i bolja od proizvoda istog kemijskog sastava koji su izraeni rezanjem strugotine, valjanjem ili kovanjem.

Prednosti

Nedostaci

mogua je masovna proizvodnja dijelova u konanom obliku (en. net shape) ili blisko konanom obliku (en. near net shape), bez dodatne obrade skidanjem strugotine

postiu se tonije dimenzije dijelova nego kod veine postupaka lijevanja

uniformna sitnozrna struktura

mogu se oblikovati metali koje je teko oblikovati drugim postupcima (area nit od volframa za arulje)

mali su gubici materijala (oko 3%)

mogua je izrada proizvoda od smjese vie metala koji nisu meusobno topivi te smjesa metala i keramika (oksidi, vatrootporne keramike)

mogua je izrada dijelova zadate poroznosti (filtri, leaji i zupanici impregnirani uljem za podmazivanje)

automatizacijom procesa mogu se postii velike produktivnosti

visoka je cijena potrebne opreme i alata

prahovi metala su skupi

javljaju se specifine potekoe u skladitenju prahova metala (korozija, opasnost od poara)

ogranieni su oblici dijelova koji su mogu izraditi zbog potekoa lateralnom teenja praha u kalupu

javljaju se promjene gustoe, osobito kod dijelova sloenih oblika

Osnovna su svojstva proizvoda prakaste metalurgije:

1. mala povrinska hrapavost (< 63 (m),

2. velika tonost dimenzija (< 0,125 mm),

3. velika sloenost oblika,

4. proizvodnost je velik (> 100 dijelova/h) do srednja (> 10, < 100 dijelova/h),

5. proizvedena koliina je velika (> 5000 dijelova) do srednja (> 100, < 5000 dijelova),

6. visoki do srednji trokovi.

Prema tome, postupci prakaste metalurgije konkuriraju tradicionalnim strojarskim postupcima: skidanju strugotine, preciznom lijevanju, tlanom lijevanju, kovanju u klupe.

U PM se najvie koriste prahovi eljeza, elici i aluminij. Koriste se prahovi od bakra, legura bakra (mjedi, bronce) i super legura (na bazi nikla i kobalta). Takoer se koriste vatrootporni metali kao to su molibden i volfram. U materijale PM esto seukljuuju i karbidi metala (wolfram karbid).

Tipini su proizvodi PM: zupanici, lananici, leajevi, elektrini kontakti te razliiti dijelovi strojeva (S-2.01). Zbog 2D oblika i potrebe za uinkovitim podmazivanjem, kada se proizvode u velikim koliinama, zupanici i leajevi su idealni za PM.

(a) primjeri tipinih proizvoda postupaka prakaste metalurgije

(b) gornja prekidna poluga vrtne prskalice, izraena od bezolovne mjedi prelaskom s postupka lijevanja u kalupe na postupkom PM postignuta je uteda od 60 %

(c) poklopci glavnih leaja General Motorsovog motora od 3,8 i 3,1 L

(d) ploice za obradu metala rezanjem

Slika S-2.01 Proizvodi netradicionalne strojarske tehnologije

Kako bi se ukazalo na izvjesna ogranienja oblika koji se mogu izraditi konvencionalnim postupcima PM, Savez industrije metalurgije praha (MPIF ( Metal Powder Industries Federation) odredio je etiri klase oblika S-2.02.

klasa I jednostavan tanki komad zbijan iz jednog smjera

klasa II jednostavan debeo komad koji zahtijeva zbijanje iz dva smjera

klasa III komad dvije razine debljine koji se smjera iz dva smjera

klasa IV komad s vie razina debljine, zbija se iz dva pravca s posebnom kontrolom za svaki smjer

Slika S-2. 02 etiri klase oblika (kruni popreni presjek)

2.1 Osnove metalurgije praha 2.1.1 Prahovi

Prah fino usitnjene krute estice. Inenjerski prahovi obuhvaaju metale i keramike. Geometrijska su im svojstva:

dimenzije i razdioba estica

oblilik i unutarnja graa estica

povrina estica

Dimenzije i razdioba estica

Pri odreivanju dimenzija i razdiobe estica prah se prosijava kroz seriju sita razliitih dimenzijama kvadratnih otvora (S-2.03). Broj mesh-a, MC (en. mesh count broj otvora) opisuje broj otvora sita po inchu (1 inch = 25,4 mm). Prema tome, sa MC = 100 oznaava sito koje ima 100 otvora po inchu, odnosno 100 ( 100 = 10 000 otvora po kvadratnom inu. U SI jedinicama je to 4 otvora/mm, odnosno 16 otvora/mm2. to je vei MC to su sitniji otvori sita i kroz njih e propadati sitnije estice.

Slika S-2.03 estice praha i sito za sortiranje

Proizvode se prahovi dimenzija estica 106 ( 0,1 mm. Primjer rezultata analize dimenzija estica jednog praha prikazan je na S-2.04.

Slika S-2.04 Dimenzije estica praha

Oblici i graa estica

Oblici i graa estica u velikoj mjeri ovise o tehnologiji njihove proizvodnje S-2.05.

Slika S-2.05 estice praha

Tehnoloka su svojstva praha:

sposobnost teenja ovisi o veliinama i oblicima estica te dodanim vezivima, a od sposobnosti teenja ovisi uinkovitost popunjavanja kalupa

sposobnost sabijanja ovisi o veliinama i oblicima estica, a od prahova s veim sposobnostima sabijanja se dobivaju proizvodi vee gustoe i vrstoe

sposobnost sinteriranja pokazatelj je poveavanja vrstoe veza meu esticama prha, smanjenja poroznosti i poveanja gustoe proizvoda pri sinteriranju

Uzajamno trenje i teenje estica

Uzajamno trenje estica moe se utvrditi prema kutu nagiba hrpe koja se formira pri izlijevanju praha kroz uski lijevak (S-2.06). Vei kutovi ukazuju na vee uzajamno trenje estica.

Slika S-2.06 Odreivanje uzajamnog trenja estica

Opaanja:

manje dimenzije estica formiraju manji kut imaju vee uzajamno trenje

estice praha sfernog oblika imaju najmanja uzajamna trenja

s odstupanjem oblika estica praha od sfernog rastu njihova uzajamna trenja

Gustoa praha

Treba razlikovati:

Stvarnu gustou masu neto volumena estica praha. Neto volumen bi se mogao dobiti taljenje/skruivanjem praha u krutinu bez pora.

Volumnu gustou masu bruto volumena nasutih estica praha. Bruto volumen je vei od neto volumena zbog prisutnosti praznih prostora izmeu estica, te je volumna gustoa manja od stvarne gustoe.

Faktor pakiranja dobiva se diobom volumne gustoe sa stvarnom gustoom (koja je vea od volumne).

faktor pakiranja = volumna gustoa / stvarna gustoa < 1

Prema tome, faktor pakiranja je uvijek manji od 1.

tipine su vrijednosti faktora pakiranja prahova prije kompaktiranja 0,5 ( 0,7

kada su u prahu prisutne estice razliitih veliina, sitnije estice se uklapaju u meuprostore koje formiraju vee estice poveavajui time faktor pakiranja

faktor pakiranja se moe poveati vibriranjem praha, to dovodi do veeg slijeganja

tlak kompaktiranja praha u velikoj mjeri poveava faktor pakiranja uslijed prerasporeivanja i deformiranja estica

Poroznost omjer volumena pora (praznih prostora) prema bruto volumenu. Naelno je:

poroznosti + faktora pakiranja = 1

Meutim, odreivanje poroznosti komplicira prisutnost pora u samim esticama. Kada su estice bez pora gornja jednadba je tona.

Prahovi materijala koji se koriste u PM su skuplji od komadnih materijala jer se za dobivanje prahova moraju ulagati dodatne energije. U skladu s tim, PM je konkurentna samo u odreenim granicama primjena.

U provedbi postupaka PM koristi se prahovi razliiti kemijskih sastava.

1. Elementarni sadre samo jedan kemijski element i koriste se kada je potrebno postii visoku istou proizvoda. Uobiajeni su elementarni prahovi od:

eljezo,

aluminij i

bakar.

2. Smjese za dobivanje specijalnih legura, koje je teko dobiti na konvencionalne naine, mijeaju se estice vie elementarnih prahova. Primjer su alatni elici.

3. Predlegirani prahovi sastav estica praha odgovara po sastavu leguri koju je teko dobiti mijeanjem estica vie elementarnih prahova. Uobiajeni su predlegirani prahovi od:

nehrajueg elika,

odreene legure bakra i

brzorezni alatni elici .

2.1.2 Proizvodnja praha

Skoro se svi metali mogu proizvesti u obliku praha, a proizvodnjom se prahova bave specijalizirane tvrtke koje se ne bave izradom dijelova od prahova.

U proizvodnji prahova koriste se tri su osnovna postupka:

1. atomizacija

2. kemijski

3. elektrolitiki.

Dodatno se estice usitnjavaju mehanikim postupcima.

Koriste se etiri postupka atomizacije (S-2.07):

(a) plinom

(b) vodom

(c) centrifugalna s rotirajuim diskom

(d) rotirajuom potronom elektrodom

Na S-2.08 su prikazana zrna dva praha snimljena na elektronskom mikroskopu.

Slika S-2.07 Postupci atomizacije

estice praha Fe dobivenog atomizacijom plinom iz taljevine

estica praha Ni superlegure (Udimet 700) dobivenog atomizacijom rotirajue elektrode

Slika S-2.08 estice praha snimljene na elektronskom mikroskopu

Slian je prethodnom postupku automatizacije plinom i postupak prikazan na S-2.09.

Slika S-2.09 Atomizacija s plinom

Postupci su mehanikog mrvljenja su prikazani slikovitim shemama na S-2.10

(a) meu obrtnim valjcima

(b) u mlinu s kuglama

(c) u mlinu s ekiima

Slika S-2.10 Mehaniko mrvljenje praha

Zbog jakog abrazivnog djelovanja prahova, za njihovo se mijeanje ne koriste mijealice s rotirajuim propelerima nego samo rotirajue ili preturajue komore. Na S-2.11 su prikazani: (a) oblici rotirajuih komora u kojima se mijeaju prahovi i (b) mijealica s kuglama za pripremu mjeavine metalnih prahova.

oblici komora za mijeanje

mijealica s kuglama

Slika S-2.11 Oprema za mijeanje prahova

Na S-2.12 ilustrirano je o mehaniko legiranje krupnijih estica nikla s dispergiranim sitnijim esticama. Izmeu elinih kugli estice nikla se spljouju i u njihovu se povrinu utiskuju dodatne sitne estice. Tijekom vremena, uslijed ponavljanog spljotivanja, lomljenja i zavarivanja dodatne sitnije estice se ravnomjerno rasporeuju u krupnijim esticama nikla.

S-2.12 Mehaniko legiranje estica nikla

2.1.3 Postupci prakaste metalurgije

Tehnologija prakaste metalurgije, ukljuivo pripremu prahova i doradu komada prikazana je na S-2.13., a postupci su prakaste metalurgije klasificirani na S-2.14.

S-2.13 Tehnologija prakaste metalurgije

S-2.14 Postupci prakaste metalurgije

2.2 Postupci sa sinteriranjem

S-2.15 Blok shema proizvodnje PM sa sinteriranjem

2.2.1 Konvencionalni postupak preanje/sinteriranje

Po nabavi prahova, kod konvencionalnog postupka PM (preanje te potom sinteriranje) provede se tri koraka:

mjeanje formiranje homogene mjeavine prahova

mjeavina obuhvaa prahove razliitih krupnoa zrna i/ili

prahove razliitih kemijskih sastava

2. kompaktiranje zbijanje mjeavine prahova uz oblikovanje zadate geometrije

3. sinteriranje grijanje kompaktiranog komada do temperature ispod talita kako bi se uspostavile krute veze estica i time ovrsnuo komad.

Po potrebi, obavljaju se dodatne operacije kojima se poveava tonost, gustoa ili pak neko drugo svojstvo.

redovi: (a) stanje estica, (b) operacije

kolone: (1) mijeanje, (2) kompaktiranje, (3) sinteriranje

S-2.16 Konvencionalni postupak PM

Kompaktiranje u kalupu

Kod kompaktiranja se pod visokim tlakom prah zbija i oblikuje eljena geometrija:

konvencionalna je operacija kompaktiranja preanje kod koga naspramni igovi zbijaju prah koji se nalazi u kalupu

komad nakon preanja naziva se zeleni komad (en. green compact), pri emu se sa zeleni naglaava kako postupak nije dovren

vrstoa zelenog komada je dovoljna da bi se njime moglo rukovati ali je daleko manja od one koja se postie nakon sinteriranja

Zahvati kompaktiranja praha u kalupu uz oblikovanje ploice prikazani su na S-2.17, a uz oblikovanje ahure na slici S-2.18. Na slici S-2.19 prikazani su alati za kompaktiranje praha uz oblikovanje zupanika s pravim zubima.

(1) punjenje upljine s prahom automatiziranom hranilicom (en. feeder) (2) poetak zbijanja, (3) kraj zbijanja i (4) izbacivanje komada

S-2.17 Kompaktiranje praha uz oblikovanje ploice

Slika S-2.18 Kompaktiranje praha uz oblikovanje ahure

Slika S-2.19 Alati za kompaktiranje zupanika s pravim zubima

Na S-2.20 prikazane su promjene gustoe metalnog praha kod jednostranog djelovanja a) te dvostranog djelovanja: b), c) i d). Opaa se postizanje vee uniformnosti kod dvostranog djelovanja pomou 1 + 2 iga s odvojenim gibanjem d) u odnosu na dva iga c). Naelno je pogodnija vea uniformnost, ali u nekim sluajevima mogu biti poeljne promjenjive gustoe te time i svojstava. Izobare u kompaktiranom prahu bakra s jednostranim djelovanjem prikazane su na S-2.20, e.

Slika S-2.20 Uniformnost kompaktiranog praha

Mehanika prea, maksimalne sile 7,3 MN, za kompaktiranje prahova metala prikazana je na slici S-2.21.

Slika S-2.21 Mehanika prea za kompaktiranja praha

Sinteriranje komada

Zeleni komad se stavlja u pe te u kontroliranoj atmosferi zagrijava do temperature malo ispod talita praha.

Uobiajeno je zagrijavanje zelenog komada do 70 ( 90 % apsolutne temperature talita metala.

Do sinteriranja i spajanja zrna praha dolazi uslijed smanjivanja povrinske energije estica praha te brzog gibanje sadranih atoma pri visokim temperaturama u zoni dodira estica.

Do smanjivanja volumena komada tijekom sinteriranja dolazi uslijed smanjivanja dimenzija pora.

to je vrijeme sinteriranja due, prah postaje sve vre metalurki vezan, dok ne postigne svojstva usporediva sa svojstvima lijevanih ili kovanih materijala istog kemijskog sastava.

Faze operacije sinteriranja prikazane su na S-2.22 i S-2.23.

(1) inicijalizirano je spajanje estica u tokama dodira, (2) toke dodira prerastaju u vrat (en. neck) (3) smanjuju se dimenzije pora izmeu estica praha (4) u zonama vrata formiraju se granice zrna

Slika S-2.22 Faze operacije sinteriranja metalnog praha

(a) prijenos materijala u krutoj fazi, (b) prijenos materijala u tekuoj fazi

Slika S-2.23 Mehanizmi sinteriranja metalnog praha

Dodatni postupci

Dodatne su operacije obrade nakon sinteriranja komada:

1. mehanike

2. difuzijske

U mehanike operacije spadaju:

dodatno preanje (en. repressing) sinterirani se komad prea u zatvorenom kalupu kako bi mu se poveala gustoa i poboljala svojstva

dimenzioniranje (en. sizing) sinterirani komad se prea kako bi se uklonile deformacije nastale nakon hlaenja komada prethodno zagrijanog do visoke temperature sinteriranja, te postigla zadata tonost mjera

fino kovanje (en. coining) u zoni povrine komada se utiskuju odreeni detalji

obrada rezanjem strugotine izrada detalja komada koji nisu mogli biti oblikovani pri kompaktiranju, na primjer, zavojnice ili poprene rupe

Poroznost je jedinstveno i nerazdvojivo svojstvo komada proizvedenih postupcima PM. Sadrane pore se mogu iskoristiti kako bi se dobili specijalni proizvodi ispunjavanjem pora difuzijom ulja, polimera ili metala. U difuzijske operacije spadaju:

impregnacija ispunjavanje pora (upljina) uljem ili nekim drugim fluidom koji ispunjava pore sinteriranog komada:

uljem se ispunjavaju pore uzajamno pokretnih dijelova (zupanici, leajevi) te time (podmazivanjem) smanjuje trenje i troenje

polimerom u tekuem stanju se ispunjavaju pore kako bi po skruivanju polimera komad postao nepropustan

infiltracija ispunjavanje pora (upljina) komada dodatnim metalom (legurom)

talita dodatnih metala kojima se pune pore moraju biti nia od talita osnovnog metala sinteriranog komada

uz grijanje dodatni metal se kapilarno uvlai u pore sinteriranog komada s kojim se nalazi u dodiru

postignuta graa je nakon infiltracije relativno neporozna i uniformnije je gustoe te vee vrstoe i ilavosti

2.2.2 Hladno izostatiko preanje

Kod hladnog izostatikog preanja CIP (en. Cold Isostatic Pressing) prah se prea pod djelovanjem tlaka fluida od 400 MPa do 1 G Pa. Na slici S-2.24 prikazana je slikovita shema CIP postupka.

(a) kompaktiranje u vlanom kalupu i (b) kompaktiranje u suhom kalupu

Slika S-2.24 CIP postupak hladno izostatiko preanje u elastinom klupu

Kod postupka (a) S-2.24 prahom metala se puni prostor izmeu krute centralne jezgre i stjenke elastinog gumenog kalupa. Po punjenju, gumeni kalup se sputa u fluid koji se nakon toga tlai. Elastini gumeni kalup kod postupka (b) ne dolazi u dodir s fluidom a tlai se pregradu.

Slika S-2.25 Kompaktiranje cijevi CIP postupkom

2.2.3 Injekcijsko preanje metala

Injekcijsko preanje metala MIM (en. Metal Injection Moulding), moe se opisati slikovitom shemom S-2.25.

Slika S-2.24 MIM postupak injekcijsko preanje metala

Ope su karakteristike MIM postupka:

moe se preati ogranien broj metala: niskolegirani i nehrajui elici, legure za meke magnete, mjedi, bronce, , isti nikal, elektronike legure eljeza s 36 % nikla (Invar) i eljeza nikla i kobalta (Kovar), W-Cu te WC

postupak je pogodan za manje komade velike sloenosti oblika za proizvodnju srednjih do velike koliina

skuplji je od konvencionalnog postupka preanja u kalup

2.2.4 Kompaktiranje valjanjem

Postupak sabijanja valjanjem se primjenjuje za izradu zelenih traka S-2.25. Na taj se nain izrauju trake od legura za meke magnete.

Slika S-2.25 Kompaktiranje valjanjem

Korak kompaktiranja slijedi sinteriranje u pei S-2.25. Namjena je usmjernih pregrada ravnomjerno rasporeivanje praha po cijeloj irini preane trake.

Slika S-2.25 Kompaktiranje valjanjem

2.3 Postupci bez posebnog sinteriranja 2.3.1 Kovanje praha

Postupku kovanja praha PF (en. Powder Forging) prethodi izrada zelenog komada konvencionalnim preanjem u kalupu. Nakon toga slijedi toplo kovanje u zatvorenom ukovnju kako bi se dovoljnom deformacijom metala gotovo potpuno eliminirale pore. Postupak se moe primijeniti za metale koji se toplo kuju. Primjena je ograniena na proizvodnju srednjih do velikih dijelova u velikim koliinama (npr. automobilska industrija).

2.3.2 Vrue izostatiko preanje

Kod vrueg izostatskog preanja HIP (en Hot Isostatic Pressing) objedinjene su operacije kompaktiranja i sinteriranja. Slikovita shema operacija postupka HIP dana je na S-2.26. Na S-2.27 prikazan je dijagram s promjenama tlaka i temperature tijekom operacija postupka HIP.

1. kalupa, 2. vakuumizacija u pei, (3) vrue izostatsko preanje, (4) uklanjanje omotaa

Slika S-2.26 HIP postupak vrue izosatatsko preanje

U HIP postupcima se koriste omotai (en. envelope) odreenog oblika koji se nakon operacije vrueg izostatskog preanja uklanjaju. Omotai se izrauju

od metalnog lima kod jednostavnih oblika

ili od stakla kod sloenijih oblika

Kod vrueg izostatikog preanja (engl. HIP ) prah se prea i zagrijava. Tijekom procesa tlak se moe mijenjati od niskog vakuuma do 2 000 bara, a temperatura od temperature okolia do 2200 C.

Slika S-2.27 Operacije HIP postupka promjene tlaka i temperature

Kako bi pe (S-2.28) u kojoj se provodi HIP postupak mogla izdrati visoke tlakove, ona je radijalno i aksijalno ojaana snopovima prednapetih ica.

Slika S-2.28 Pe za provedbu HIP postupaka

Postupak HIP se primjenjuje za:

uklanjanje poroznosti odljevaka

pomlaivanja (en. rejuvenation) dijelova kojih je tijekom rada dolo do puzanja (na primjer, lopatice turbina)

difuzijsko spajanje razliitih metala te metala i keramike

Prednosti su HIP postupka:

nogu se uspjeno izraditi u konanom ili gotovo konanom obliku (en. net shape, near net shape) i komadi komadi sloenih geometrija iz teko topivih metala (pri visokim temperaturama i tlakovima dovedeni su u plastino stanje)

Slika S-2.28 Podiza ventila jako optereenog (en. heavy-duty) dizel motora s volfram-karbidnom ploicom proizvedenom HIP postupkkom

2.3.3 Injekcijsko oblikovanje u poluvrstom stanju

Od nekoliko injekcijskih postupaka oblikovanja u poluvrstom stanju (engl. Semi-Solid Injection Moulding) najpoznatiji je Thixomoulding postupak preanja iz tjestastog stanja koji objedinjuje elemente tlanog lijevanja i injekcijskog preanja plastomera. Ovaj postupak je najprije ispitan i uveden za Mg legure, a mogu se jo oblikovati Al i Zn legure. Za razliku od MIM postupka ovdje se ne koristi vezivo za metalni prah i nije potrebno sinteriranje.

Faze su postupka Thixomoulding:

reolijevanje (engl. rheocasting)

U fazi reolijevanja magneto-hidrodinamiko mijeanje legure na rubu skruivanja omoguuje "tiksotropnu" strukturu tj. strukturu bez dendrita.

ugrijavanje (engl. reheating)

U drugoj fazi metalni poluproizvod se indukcijski grije. Kad postigne tjestasto stanje on sadri jednake dijelove taljevine i krutine.

oblikovanje (engl. forming)

U treoj se fazi s tim tjestastim materijalom formira u odgovarajuem kalupu gotovi dio.

Stroj za preanje u poluvrstom stanju je prikazan slikovitom shemom.

Tehnike i ekonomske prednosti Thixomoulding postupka omoguuju proizvodnju vrlo kompliciranih i raznolikih proizvoda iz podruja kompjutorskog hardware-a, mobilnih telefona, raznih optikih aparata (kamera), automobilske i avio-industrije

Prednosti su ovog postupka:

poveana tonost i iskoristivost materijala u odnosu na tlano i precizno lijevanje; daje lagane, visoko vrste i ilave proizvode, a pri upotrebi magnezijskih legura ostvaruje dobru izolaciju od radio-frekvencijskih valova; daje proizvode visoke kvalitete izraene na gotovu mjeru s uskim tolerancijama i smanjenim stezanjem materijala, smanjenim zaostalim napetostima i deformacijama proizvoda; omoguuje proizvodnju tankih stjenki do 0,5 mm debljine; daje visoku ponovljivost i kod kompleksnih oblika.

2.3.4 Oblikovanje natrcavanjem

Postupak oblikovanja rasprivanjem (engl. Spray-forming technique) izvodi se kontroliranim natrcavanjem taljevine materijala, atom po atom, na odgovarajui kalup pomian u vie osi. Taj je postupak prikladan za predmete manjih dimenzija od teko topljivih materijala koji se izrauju pojedinano ili u malim serijama.

Spray casting (Osprey process) in which molten metal is sprayed over a rotating mandrel to produce seamless tubing and pipe.

2.4 Procesi metalurgije praha

The shape of the compact must be kept as simple and uniform as possible.

Provision must be made for ejection of the green compact without damaging the compact.

P/M parts should be made with the widest acceptable tolerances to maximize tool life.

Part walls should not be less than 1.5 mm thick; thinner walls can be achieved on small parts; walls with length-to-thickness ratios above 8:1 are difficult to press.

Steps in parts can be produced if they are simple and their size doesnt exceed 15% of the overall part length.

Letters can be pressed if oriented perpendicular to the pressing direction. Raised letters are more susceptible to damage in the green stage and prevent stacking.

Flanges or overhangs can be produced by a step in the die.

A true radius cannot be pressed; instead use a chamfer.

Dimensional tolerances are on the order of 0.05 to 0.1 mm. Tolerances improve significantly with additional operations such as sizing, machining and grinding.

Die geometry and design features for powder-metal compaction.

Examples of P/M parts, showing poor designs and good ones. Note that sharp radii and reentry corners should be avoided and that threads and transverse holes have to be produced separately by additional machining operations.

Examples of P/M parts, showing various poor and good designs. Note that sharp radii and reentry corners should be avoided, and that threads and transverse holes have to be produced separately, by additional operations such as machining or grinding.

(a) Design features for use with unsupported flanges. (b) Design features for use with grooves.

The use of abrupt transitions in molds for powder injection molding causing non-uniform metal-powder distribution within a part.

2.4.1 Preanje

Coordinate system and stresses acting on an element in compaction of powders. The pressure is assumed to be uniform across the cross-section.

Resultant pressure distribution:

SHAPE \* MERGEFORMAT

(a) Density of copper- and iron-powder compacts as a function of compacting pressure. Density greatly influences the mechanical and physical properties of P/M parts. Source: After F.V. Lenel. (b) Effect of density on tensile strength, elongation, and electrical conductivity of copper powder. (IACS is International Annealed Copper Standard for electrical conductivity.)

2.4.2 Sinteriraranje

Heated in a controlled atmosphere to a temperature below its melting point, but sufficiently high to allow bonding of individual particles

Schematic illustration of two basic mechanisms in sintering metal powders: (a) solid-state material transport and (b) liquid-phase material transport. R=particle radius, r=neck radius, and ( =neck profile radius.

Sintering temperature and time for various metal powders

Diffusion

Plastic flow

Grain growth

Pore shrinkage

(

Bond strength

Evaporation of volatile materials in the compact

Recrystallization

Increase of sintering time(temperature) ( increase of elongation and dimensional change from die size

Effect of sintering temperature and time on (a) elongation and (b) dimensional change during sintering of type 316L stainless steel. Source: ASM International

2.4.3 Usporedba postupaka metalurgije praha

Process capabilities of part size and shape complexity for various P/M operations; P/F is powder forging.

Compacting Pressures for Various Metal Powders

Typical mechanical properties of selected P/M materials

Mechanical property comparison for Ti-6Al-4V titanium alloy

Literatura

1. Kolumbi Z., Tomac N.: Materijali podloge za diskusiju; Sveuilite u Rijeci; Filozofski fakultet, Odsjek za politehniku, Rijeka 2005; http://www.ffri.hr/~zvonimir/.

2. Cukor G.: Proizvodne tehnologije; Sveuilite u Rijeci; Tehniki fakultet; http://www.riteh.hr/zav_katd_sluz/zvd_pro_stroj/djelatnici/gcukor_predavanja/, skinuto 24.10.2008.