Katedra tváření kovů a plastů

Technologie tváření práškových kovů

12. technologie tváření práškových kovů

Výchozí materiál je v práškovém stavu, což dovoluje téměř libovolně volit chemické složení materiálu podle požadavků na vlastnosti konečného výrobku. Navzájem lze mísit prášky kovů, chemických sloučenin kovů i organické látky v různých poměrech a kombinacích. První oblastí zpracování práškových kovů, je zpracování materiálů, které nemohly být zpracovány klasickou technologií tavení a lití, např. vysokotavitelné kovy (Pt, W, Mo, Ta, apod.). Druhou oblastí je zpracování práškových kovů i řadou jiných klasických technologií, např. sléváním, tvářením, obráběním, ale technologie práškové metalurgie je technicky a ekonomicky mnohem výhodnější. Třetí oblastí je zpracování práškových kovů tvářením, např. kováním, protlačováním, válcováním, apod. při současném zlepšení užitných vlastností a ekonomie výroby.

Prášky jsou charakterizovány fyzikálními (distribuce a velikost částic, tvar a morfologie povrchu, tvrdost, atd.) a technologickými vlastnostmi (lisovatelnost, tekutost, sypný objem, atd.). Podle způsobu výroby mohu mít prášky různý tvar (kulový, lístkový, nepravidelný, zrna zaoblená, atd.). Prášky je možno vyrábět fyzikálními, fyzikálně-chemickými, chemickými nebo elektrochemickými způsoby. Z ekonomického hlediska má největší vliv cena prášku. Vhodně upravené prášky se zpravidla lisují do požadovaného tvaru a získaný tvar se následně zpracovává spékáním, aby se dosáhlo potřebných fyzikálních a mechanických vlastností. Největší výhodou práškové technologie je vysoké využití kovu při nižší spotřebě energie, snížené pracnosti a nákladech, čistota prostředí. Další výhodou je isotropie mechanických vlastností.

12.1. Zhutňování kovových prášků

Velikost stykové plochy částic práškového kovu bude záviset na stupni a kvalitě vazby mezi jednotlivými částicemi – stupni konsolidace. U plně konsolidovaného tělesa se dotýkají všechny práškové částice navzájem po celém povrchu (stejně jako u tuhých těles), ale v sypkém stavu je velikost kontaktů jen velmi malou částí celkového povrchu všech částic. Hodnoty fyzikálních a mechanických vlastností budou vzrůstat v závislosti na zvětšování kontaktních ploch částic. Stupeň konsolidace práškového tělesa zpravidla zvyšuje působením tlakových sil nebo spékáním, ve většině případů oběma způsoby. Většinou se používá různých způsobů lisování.

12.1.1. Lisování

Těleso z práškových kovů má objem jednak pevných částic a jednak mezer (pórů). Objem mezer je závislý na způsobu lisování a velikosti lisovacího tlaku. Při stlačování prášku v dutině nástroje působí vnější (mezi práškovým materiálem a stěnou dutiny lisovací formy) i vnitřní tření (tření mezi částicemi). Tření, které je možné snížit použitím mazadel, má za následek nerovnoměrné rozdělení hustoty ve výlisku. Podle směru působícího tlaku rozdělujeme lisování na jednosměrné, obousměrné a izostatické. Při jednostranném lisování je nejvyšší hustota v oblasti pod lisovníkem, při oboustranném lisování je nejnižší hustota ve středu výlisku. Při izostatickém lisování je prakticky odstraněno vnější tření a výrobek vykazuje rovnoměrnou hustotu. Následuje spékání. Ke snížení pórovitosti se může lisování i spékání vícekrát opakovat. Lisovací tlaky se pohybují od 50 do 1800 MPa a pórovitost je 50 až 8 %. K lisování se používají mechanické nebo hydraulické lisy.

Základní způsoby lisování
(a – lisování jednosměrné, b – lisování obousměrné, c – izostatické lisování

12.1.2. Válcování

Válcováním se vyrábějí polotovary ve formě pásků, tyčí, plechů, apod. Prášek je plynule dodáván ze zásobníku do mezery mezi válci, kde je třecími silami unášen a tlakem válců stlačován. Princip je znázorněn na obrázku. Poměrně pevný a ohebný pás je veden do spékací pece. Podle požadované hustoty se může válcování i spékání vícekrát opakovat. Vhodnou konstrukcí násypky je možno vyrábět i vícevrstvé polotovary.

Schéma výroby polotovarů válcováním práškových kovů
1 – násypka, 2 – dvouválec, 3 – skluz, 4 – spékací pec, 5 – dvouválec, 6 – žíhací pec

12.1.3. Kování

Kováním se dosahuje lepších mechanických vlastností a odstraňuje se zbytková pórovitost. Výchozím polotovarem může být buď výlisek, který se spéká v průběhu ohřevu na tvářecí teplotu nebo spékaný polotovar, který je možné kovat přímo po vyjmutí ze spékací pece. Volné kování se používá hlavně pro velké polotovary, zápustkové kování pro výrobky s vysokými nároky na přesnost. Volí se poměrně malé deformace.

12.1.4. Speciální způsoby konsolidace

Lisováním za tepla, které spojuje operaci lisování se spékáním, lze dosáhnout i plné hustoty výlisků. Prášek je lisován poměrně nízkým tlakem při teplotách až 2500 ^oC v ochranné atmosféře, vakuu nebo vzduchu. Izostatické lisování za studena je vhodné pro tvarově složité výrobky. Vibračně zhutnělý prášek je uzavřen v tenkém elastickém obalu a vystaven postupnému hydrostatickému tlaku kapaliny až 600 MPa. Výhodou je vysoká hustota a izotropní vlastnosti. Izostatické lisování za tepla je vhodné pro dosažení bezporézního stavu. Prášek v kovovém obalu je vystaven působení tlaku a teploty. Jako tlakové médium se používá argon. Protlačování za tepla se používá hlavně pro AL, Mg, Ag, apod. Ve speciálních případech je možné použít hydroimpulzivní lisování, lisování v magnetickém poli, explozivní lisování, vstřikování, přetlačování, lití, lití se zmrazením, technologie velmi vysokých tlaků, apod.

12.2. Spékání

Spékání je způsob tepelného zpracování zhutněných částic nebo práškového výlisku, při kterém se z pórovitého výlisku stává souvislé těleso za působení teploty a případně tlaku. Zvětšuje se celková plocha styku částic, snižuje se pórovitost, zvyšují se fyzikální a mechanické vlastnosti, dochází k objemovému smrštění. Teplota spékání se volí v rozmezí 0,6 až 0,9 teploty tavení. Spékání může probíhat za normálního tlaku nebo pod tlakem vnějších sil. Spékání se provádí v elektrických pecích s ochranou atmosférou redukčních či inertních plynů nebo vakuu. Nejdůležitějšími parametry spékání jsou teplota, doba spékání a ochranné prostředí.

.: Jdi na začátek stránky :.