2 metalurgija praha (1)

7/28/2019 2 Metalurgija Praha (1)

1/26

2. Metalurgija praha2. METALURGIJA PRAHA ..............................................................................1

mogua je masovna proizvodnja dijelova u konanom obliku (en. net shape) ili bliskokonanom obliku (en. near net shape), bez dodatne obrade skidanjem strugotine .............2

postiu se tonije dimenzije dijelova nego kod veine postupaka lijevanja ..........................2uniformna sitnozrna struktura ...............................................................................................2

mogu se oblikovati metali koje je teko oblikovati drugim postupcima (area nit odvolframa za arulje) ..........................................................................................................2

mali su gubici materijala (oko 3%) .......................................................................................2

mogua je izrada proizvoda od smjese vie metala koji nisu meusobno topivi te smjesametala i keramika (oksidi, vatrootporne keramike) ...........................................................2

mogua je izrada dijelova zadate poroznosti (filtri, leaji i zupanici impregnirani uljem zapodmazivanje).................................................................................................................... 2

automatizacijom procesa mogu se postii velike produktivnosti ..........................................2

visoka je cijena potrebne opreme i alata ...............................................................................2prahovi metala su skupi ........................................................................................................2

javljaju se specifine potekoe u skladitenju prahova metala (korozija, opasnost odpoara) ..............................................................................................................................2

ogranieni su oblici dijelova koji su mogu izraditi zbog potekoa lateralnom teenja prahau kalupu ............................................................................................................................2

javljaju se promjene gustoe, osobito kod dijelova sloenih oblika ......................................2

2.1 Osnove metalurgije praha ................................................................................................3

2.2 Postupci sa sinteriranjem ............................................................................................... 10

2.3 Postupci bez posebnog sinteriranja ................................................................................ 16

2.4 Procesi metalurgije praha ..............................................................................................20Literatura ............................................................................................................................26

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

1. kompaktiranje zbijanje metalnog praha u eljeni oblik i2. sinteriranje povezivanje estica praha u vrstu masu.

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

kovanjem.


2/26

01. Uvod II 2

Prednosti Nedostaci

mogua je masovna proizvodnja dijelova u konanom obliku (en. netshape) ili blisko konanom obliku (en. near net shape), bez dodatneobrade 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 skladitenjuprahova metala (korozija,opasnost od poara)

ogranieni su oblici dijelovakoji su mogu izraditi zbog

potekoa lateralnom teenjapraha u kalupu javljaju se promjene gustoe,

osobito kod dijelova sloenih

oblikaOsnovna 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 koristevatrootporni metali kao to su molibden i volfram. U materijale PM esto seukljuuju ikarbidi metala (wolfram karbid).

Tipini su proizvodi PM: zupanici, lananici, leajevi, elektrini kontakti te razliitidijelovi 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


3/26

3 Strojarska tehnologija II

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

klasa I jednostavan tanki komad zbijan iz jednog smjeraklasa II jednostavan debeo komad koji zahtijeva zbijanje iz dva smjeraklasa III komad dvije razine debljine koji se smjera iz dva smjeraklasa 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 razliitihdimenzijama 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, saMC= 100 oznaava sitokoje 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 veiMCto su sitniji otvori sitai kroz njih e propadati sitnije estice.


4/26

01. Uvod II 4

Slika S-2.03 estice praha i sito za sortiranje

Proizvode se prahovi dimenzija estica 106 0,1 mm. Primjer rezultata analize dimenzijaestica 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


5/26


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 trenjeestica.

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 veiod neto volumena zbog prisutnosti praznih prostora izmeu estica, te je volumnagustoa manja od stvarne gustoe.

Faktor pakiranja dobiva se diobom volumne gustoe sa stvarnom gustoom (koja je veaod 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 umeuprostore 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 uslijedprerasporeivanja 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 suestice bez pora gornja jednadba je tona.


6/26

01. Uvod II 6

Prahovi materijala koji se koriste u PM su skuplji od komadnih materijala jer se zadobivanje prahova moraju ulagati dodatne energije. U skladu s tim, PM je konkurentna samou 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 konvencionalnenaine, mijeaju se estice vie elementarnih prahova. Primjer su alatni elici.

3. Predlegirani prahovi sastav estica praha odgovara po sastavu leguri koju je tekodobiti 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 bavespecijalizirane tvrtke koje se ne bave izradom dijelova od prahova.

U proizvodnji prahova koriste se tri su osnovna postupka:

1. atomizacija2. kemijski3. 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.


7/26


Slika S-2.07 Postupci atomizacije

estice praha Fe dobivenog atomizacijomplinom iz taljevine

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

Slika S-2.08 estice praha snimljene na elektronskom mikroskopuSlian je prethodnom postupku automatizacije plinom i postupak prikazan na S-2.09.


8/26

01. Uvod II 8

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 srotirajuim 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


9/26


Na S-2.12 ilustrirano je o mehaniko legiranje krupnijih estica nikla s dispergiranimsitnijim esticama. Izmeu elinih kugli estice nikla se spljouju i u njihovu se povrinuutiskuju 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 prikazanaje 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


10/26

01. Uvod II 10

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:

1. 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 seuspostavile krute veze estica i time ovrsnuo komad.

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

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

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

S-2.16 Konvencionalni postupakPM


11/26


Kompaktiranje u kalupu

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

konvencionalna je operacija kompaktiranja preanje kod koga naspramni igovizbijaju 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 uzoblikovanje ahure na slici S-2.18. Na slici S-2.19 prikazani su alati za kompaktiranje prahauz oblikovanje zupanika s pravim zubima.

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

S-2.17 Kompaktiranje praha uz oblikovanje ploice

Slika S-2.18 Kompaktiranje praha uz oblikovanje ahure


12/26

01. Uvod II 12

Slika S-2.19 Alati za kompaktiranje zupanika s pravim zubima

Na S-2.20prikazane 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 jepogodnija vea uniformnost, ali u nekim sluajevima mogu biti poeljne promjenjive gustoete 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 jena slici S-2.21.

Slika S-2.21 Mehanika prea za kompaktiranja praha


13/26


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 temperaturetalita metala.

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

Do smanjivanja volumena komada tijekom sinteriranja dolazi uslijed smanjivanjadimenzija pora.

to je vrijeme sinteriranja due, prah postaje sve vre metalurki vezan, dok ne postignesvojstva 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. mehanike2. difuzijske


14/26

01. Uvod II 14

U mehanike operacije spadaju:

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

dimenzioniranje (en. sizing) sinterirani komad se prea kako bi se ukloniledeformacije nastale nakon hlaenja komada prethodno zagrijanog do visoketemperature 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 bitioblikovani 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 poradifuzijom ulja, polimera ili metala. U difuzijske operacije spadaju:

impregnacija ispunjavanje pora (upljina) uljem ili nekim drugim fluidom kojiispunjava 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 poddjelovanjem tlaka fluida od 400 MPa do 1 G Pa. Na slici S-2.24 prikazana je slikovita shemaCIP postupka.

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

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


15/26


Kod postupka (a) S-2.24 prahom metala se puni prostor izmeu krute centralne jezgre istjenke elastinog gumenog kalupa. Po punjenju, gumeni kalup se sputa u fluid koji se nakontoga 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 opisatislikovitom 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 proizvodnjusrednjih do velike koliina

skuplji je od konvencionalnog postupka preanja u kalup

2.2.4 Kompaktiranje valjanjem


16/26

01. Uvod II 16

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

Slika S-2.25 Kompaktiranje valjanjem

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

Slika S-2.25 Kompaktiranje valjanjem

2.3 Postupci bez posebnog sinteriranja

2.3.1 Kovanje prahaPostupku kovanja praha PF (en. Powder Forging) prethodi izrada zelenog komada

konvencionalnim preanjem u kalupu. Nakon toga slijedi toplo kovanje u zatvorenomukovnju 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 operacijapostupka HIP.


17/26


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 procesatlak se moe mijenjati od niskog vakuuma do 2 000 bara, a temperatura od temperatureokolia 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 postupakmogla izdrati visoke tlakove, ona

je radijalno i aksijalno ojaana snopovima prednapetih ica.

Slika S-2.28 Pe za provedbu HIP postupaka


18/26

01. Uvod II 18

PostupakHIP 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 (privisokim 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-SolidInjection Moulding) najpoznatiji je Thixomoulding postupak preanja iz tjestastog stanjakoji 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 razlikuod 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 skruivanjaomoguuje "tiksotropnu" strukturu tj. strukturu bez dendrita. ugrijavanje (engl. reheating)

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

oblikovanje (engl. forming)

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

Stroj za preanje u poluvrstom stanju je prikazan slikovitom shemom.


19/26


Tehnike i ekonomske prednosti Thixomoulding postupka omoguuju proizvodnju vrlokompliciranih i raznolikih proizvoda iz podruja kompjutorskog hardware-a, mobilnihtelefona, 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 dobruizolaciju od radio-frekvencijskih valova; daje proizvode visoke kvalitete izraene na gotovumjeru s uskim tolerancijama i smanjenim stezanjem materijala, smanjenim zaostalimnapetostima i deformacijama proizvoda; omoguuje proizvodnju tankih stjenki do 0,5 mmdebljine; daje visoku ponovljivost i kod kompleksnih oblika.

2.3.4 Oblikovanje natrcavanjem

Postupak oblikovanja rasprivanjem (engl. Spray-forming technique) izvodi sekontroliranim 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.


20/26

01. Uvod II 20

Spray casting (Osprey process) in which molten metal is sprayed over a rotating mandrel toproduce 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 lettersare 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 producedseparately by additional machining operations.


21/26


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


22/26

01. Uvod II 22

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

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

2.4.1 Preanje

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

Resultant pressure distribution:


23/26


(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: AfterF.V. Lenel. (b) Effect of density on tensile strength, elongation, and electrical conductivity ofcopper 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 sufficientlyhigh to allow bonding of individual particles

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


24/26

01. Uvod II 24

Sintering temperature and time for various metal powders

Diffusion Plastic flow

Grain growth Pore

shrinkage

Bondstrength

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 changeduring sintering of type 316L stainless steel. Source: ASM International

2.4.3 Usporedba postupaka metalurgije praha


25/26


Process capabilities of part size andshape complexity for various P/Moperations; P/F is powder forging.

Compacting Pressures for Various Metal

Powders

Typical mechanical properties of selected P/M materials


26/26

01. Uvod II 26

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

Literatura1. 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.
http://www.ffri.hr/~zvonimir/http://www.ffri.hr/~zvonimir/http://www.riteh.hr/zav_katd_sluz/zvd_pro_stroj/djelatnici/gcukor_predavanja/http://www.ffri.hr/~zvonimir/http://www.riteh.hr/zav_katd_sluz/zvd_pro_stroj/djelatnici/gcukor_predavanja/

2 metalurgija praha (1)

Documents