Главная > База знаний > Большая советская энциклопедия > СПЕЧЁННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЕЧЁННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЕЧЁННЫЕ МАТЕРИАЛЫ металлические,
получают методами порошковой металлургии. Производство С. м. развивается
в связи с рядом их преимуществ, по сравнению с металлич. материалами, получаемыми
плавлением. Путём плавления трудно или даже невозможно производить металлич.
материалы с нек-рыми особенностями хим. состава (композиции из металлич.
и неметаллич. материалов; псевдосплавы из металлич. и нсметаллич. компонентов,
не смешивающихся в расплавл. виде, напр. железо - свинец, вольфрам - медь
и др.). Только методами порошковой металлургии можно изготовить нек-рые
материалы с особыми физ. характеристиками и структурой (напр., многие пористые
металлы). С. м. можно производить не только в виде заготовок и полуфабрикатов,
но и в виде готовых изделий, не требующих дальнейшей обработки резанием.
В ряде случаев С. м. имеют более высокие свойства, чем аналогичные материалы,
получаемые плавлением (напр., нек-рые быстрорежущие стали и жаропрочные
сплавы, бериллий и др.).

Первые С. м.- платиновые изделия и полуфабрикаты
(медали, чаши, тигли, проволока и др.) - были изготовлены П. Г. Соболевским
и
В.
В. Любарским в 1826 (техника того времени не позволяла получать
температуру выше 1770 ⁰C, необходимую для плавления платины).
На рубеже 19 и 20 вв. были созданы первые тугоплавкие С. м. (напр., вольфрам,
tпл 3400 ⁰C), к-рые в то время не могли быть получены плавлением.
Пром. методы изготовления вольфрамовых нитей накала для электрич. ламп
были введены в 1910 (Кулидж, США). Совр. техника (дуговое плавление, электроннолучевое
плавление и др.) позволяет расплавить любые тугоплавкие металлы и сплавы,
тем не менее большую часть тугоплавких металлов производят методами порошковой
металлургии.

Первые композиции из С. м., к-рые можно
получать только методами порошковой металлургии (меднографитовые щётки
для электромашинных генераторов и электродвигателей), были изготовлены
ок. 1900. Во время 1-й мировой войны 1914-18 была разработана др. важная
композиция - магнитодиэлектрики на основе ферромагнитных металлич.
порошков, распределённых в диэлектрич. связке. Важное значение для прогресса
техники имела разработка спечённых твёрдых сплавов (20-е гг., К.
Шрётер, Германия). Контакты для электротехники из псевдосплавов и композиций
на основе С. м. (вольфрам - медь, серебро- графит и др.) начали выпускать
в 30-х гг. Композиции из С. м. на основе меди с оловом, свинцом (иногда
цинком) с добавкой неметаллич. компонентов, обычно окиси кремния, для фрикционных
дисков производят с 1932. Фрикционные С. м. на жел. основе начали разрабатывать
в 40-х гг. Широко применяют алмазно-металлич. композиции на основе алмазных
порошков и крошка и металлич. порошков (медь и её сплавы, вольфрамокобальтовые
твёрдые сплавы, сплавы на основе вольфрама, меди и никеля и др.). Первые
патенты на алмазно-металлич. композиции были опубликованы в 1922. В пром.
масштабе производят композиции на основе С. м. для различных отраслей новой
техники. Напр., САП (спечённая алюминиевая пудра) - С. м. на основе алюминия
и его окиси (6-20% ), по жаропрочности при 300- 550 °С превосходит плавленые
алюминиевые сплавы.

Важная группа С. м., к-рые практически
можно получать только методами порошковой металлургии,- пористые металлы,
сплавы и композиции (на основе железа, железографита, бронзы и нержавеющей
стали). Обычно эти С. м. содержат ок. 15-30% (объёмных) пор. Изготовление
пористых С. м. (для подшипников, фильтров и др.) было предложено в 1909
(Лёвендаль, англ, патент). Пром. произ-во пористых С. м. для подшипников
начато в сер. 20-х гг. Преимущества пористых С. м. для подшипников - наличие
аварийной смазки в порах ("самосмазываемость") и хорошая прирабатываемость
в эксплуатац. условиях за счёт деформации объёма пор. В дальнейшем произ-во
пористых С. м. для различных областей техники непрерывно прогрессировало
(металлич. фильтры для тонкой очистки жидкостей и газов от различных примесей;
снарядные пояски из пористого железа, заменявшие медные во время 2-й мировой
войны 1939-45; пористые С. м. для топливных элементов, для антиобледенительных
устройств в самолётах, для преграждения распространения пламени во взрывоопасной
атмосфере; пористые С. м. из металлич. порошков или волокна для поглощения
звука и вибрации; пористые элементы для хим. реакций и транспорта сыпучих
материалов в "кипящем слое", т. е. во взвешенном состоянии, и др.). В 70-е
гг. разработаны теплообменные металлич. трубы с пористым слоем из порошков
меди, никеля, нержавеющей стали.

В сер. 30-х гг. началось массовое произ-во
С. м. на железной и медной основе в виде точных деталей, не требующих обработки
резанием, для различных отраслей машиностроения (автомоб. и тракторная
пром-сть, с.-х. машиностроение, произ-во бытовых машин, станкостроение
и др.). К таким изделиям из С. м. относятся различные шестерни, зубчатые
колёса, звёздочки, детали кулачкового механизма, рычаги, защёлки дверных
замков, детали переключателей; детали электрич. машин - коллекторные пластины,
магннтопроводы постоянного и переменного тока из магнитомягких С. м.; постоянные
магниты из С. м. на основе железа - никеля - алюминия (ални) и железа -
никеля - алюминия - кобальта (алнико) и др. детали массового производства.

Последняя по времени возникновения (но
не по важности) группа С. м. в виде заготовок, полуфабрикатов и изделий
- высококачественные С. м., к-рые по свойствам (прочность, жаропрочность,
износостойкость и др.) превосходят плавленые металлы и сплавы аналогичного
состава и назначения. У ряда литых сплавов в связи с крупнозернистой структурой
и ликвацией снижены механич. свойства. К таким материалам относятся упомянутые
магнитные сплавы типа ални и алнико. Эти С. м. получают с 40-х гг. методами
порошковой металлургии не только для магнитных деталей массового произ-ва,
но и в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. С 50-х гг. бериллий
для атомной пром-сти получают преим. методами порошковой металлургии из-за
низких механич. свойств и крупнозернистое™ литого металла. В кон. 60-х
гг. начали производить быстрорежущую сталь, с 70-х гг.- жаропрочные суперсплавы
на основе никеля из С. м.; нек-рые характеристики этих С. м. лучше, чем
у литых сплавов аналогичного состава. Производство С. м. развивается более
высокими темпами, чем получение плавленых металлич. материалов. Так, с
1964 по 1972 годовой выпуск С. м. в США возрос в 2,5 раза (с 47 до 118
тыс. т), в Японии - примерно в 4 раза (с 4 до 17 тыс. т).

Как для литых, так и для деформируемых
материалов, получаемых обычными методами, нежелательно присутствие таких
компонентов, добавок и примесей, к-рые способствуют образованию значительного
температурного интервала между линиями ликвидуса и солидуса или появлению
жидкой фазы при темп-рах ниже темп-р плавления-затвердевания основной массы
металла. Введение таких элементов в С. м., наоборот, повышает их прочность
и облегчает их изготовление, способствуя снижению темп-ры спекания. Так,
в литых сплавах на жел. основе фосфор - нежелательная примесь, допустимая
в количестве не более 0,1%. В С. м. на жел. основе, напротив, фосфор -
легирующая добавка, к-рую специально вводят в количестве 0,3-0,6% для повышения
механич. свойств деталей и снижения себестоимости изделий (вследствие образования
жидкой фазы и уменьшения темп-ры спекания). Специфическая для С. м. на
жел. основе добавка - медь (1-20%), способствующая благодаря образованию
жидкой фазы при спекании повышению свойств и удешевлению спекания.

Обычно компактные (беспористые) С. м. имеют
такие же физич. и механич. свойства, как и литые (деформированные и отожжённые)
металлы. В таблице приведена в зависимости от пористости достижимая величина
свойств пористых С. м. (модуль упругости E, коэфф. Пуассона $\nu$ ,
предел прочности при растяжении $\sigma$ $\beta$ ,
электропроводность $\lambda$ ,
теплопроводность $\lambda$ $\tau$ )
по отношению к соответствующим свойствам компактного металла (Е $\kappa$ , $\sigma$ $\kappa$ , $\lambda$

Влияние пористости на некоторые свойства
спечённых материалов

Пористость, %	ЕЕ/к	$\nu$ / $\nu$	$\sigma$	$\lambda$ / $\lambda$ $\kappa$	$\lambda$
0	1	1	1	1	1
5	0,88	0,95	0,88	0,93	0,93
10	0,73	0,90	0,73	0,81	0,81
20	0,51	0,80	0,51	0,64	0,64
30	0,34	0,70	0,34	0,49	0,49
40	0,21	0,60	0,21	0,36	0,36
50	0,12	0,50	0,12	0,25	0,25

По сравнению со всеми др. методами получения
деталей - литьём, обработкой давлением, резанием и т. д., изготовление
изделий из С. м. требует наименьших затрат рабочего времени, заводских
площадей, оборудования.

Имеются след, ограничения применения С.
м.: 1) наибольший экономии, эффект С. м. дают при достаточно массовом выпуске
деталей. Это связано с необходимостью изготовления индивидуальных приспособлений
(пресс-форм) для каждого вида деталей. Отчасти это ограничение имеет временный
характер; при развитии новых методов формования С. м. оно может в известной
степени отпасть; 2) дороговизна исходных порошков. Это также временно действующий
фактор: с увеличением масштаба выпуска и совершенствованием методов изготовления
порошков их стоимость будет уменьшаться; 3) необходимость получения достаточно
чистых исходных металлич. порошков, в особенности железа и его сплавов,
т. к. С. м. не могут быть эффективно очищены от примесей, находящихся в
исходных материалах. Это ограничение постепенно теряет своё значение: налажено
массовое произ-во чистых порошков распылением расплавл. железа.

Специфич. меры по консервации и хранению
деталей и полуфабрикатов (пропитка деталей маслом или парафином) необходимы
только для пористых С. м.

Лит.: Вязников H. Ф., Ермаков С.
С., Металлокерамические материалы и изделия, 2 изд.. Л., 1967: Кипарисов
С. С., Л и б е в с о н Г. А., Порошковая металлургия, M., 1972; Б а л ьшин
M. Ю., Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна, M.,
1972. M. Ю. Больший.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я