Порошковая металлургия и композиционные материалы (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Порошковая металлургия и композиционные материалы

Курс лекций

Ростов-на-Дону

2014

Цель изучения курса «Порошковая металлургия и композиционные материалы» - ознакомление с теоретическими основами порошковой металлургии и применение полученных знаний на практике для контроля технологических режимов получения современного материала методами порошковой металлургии, создания новых материалов и изделий из них, разработки технологических процессов по получению порошков с заданными свойствами.

История развития порошковой металлургии. Классификация методов получения порошков

План лекции

Основные этапы развития порошковой металлургии. Классификация методов получения порошков.

Основные этапы развития порошковой металлургии

Основным стимулом зарождения и развития Порошковой металлургии (ПМ) являлась и является в настоящее время потребность в новых материалах, невозможность их получения и обработки с помощью традиционных методов.

Порошковая металлургия, наряду с другими наукоемкими и энергосбе - регающими отраслями промышленности, является одним из основных на­правлений развития современного, высокоэффективного производства тех­нологически развитых стран мирового сообщества.

История применения порошков металлов началась в глубокой древности, когда порошки золота, меди и бронзы применяли как краску для декоративных целей в керамике и живописи, используя их уникальные свойства. Еще в бронзовом веке люди умели получать и использовать некоторые виды порошков, а также приме­нять горячую ковку порошковой массы. Этот опыт был использован около 5 тыс. лет назад для изготовления железных орудий труда и вооружения. На смену бронзовому веку пришел железный век.

Первые следы производства железа датируют 3000 г. до н. э., а найденные археологами стальные мечи относят к 2700 г. до н. э.

Изделия из железа, которое значительно более тугоплавко (темпера­тура плавления 1 539 оС), чем медь (температура плавления 1 083 оС), не мог­ли быть получены литьем, так как вплоть до XIXв. не были известны спосо­бы создания необходимых для плавления железа высоких температур. В рас­поряжении металлургов в основном были температуры 1 000—1 100 оС, полу­чаемые за счет горения древесины.

Позже стали использовать кричный метод и ковку заготовки в нагре­том состоянии. Сначала в шахтных печах (домницах) при температуре по­рядка 1 100 оС восстановлением богатой или обогащенной окисленной руды железа древесным углем получали крицу (губчатую массу железа), а затем проковывали ее в нагретом состоянии.

Для уменьшения пористости откованное железо повторно нагревали в печи, а иногда и снова проковывали. Такое железо называли сварочным. В целом объем его производства достигал сотен тысяч пудов, обеспечивая по­требности развивающегося земледелия в лемехах, мотыгах, серпах, косах, топорах и пр.

На территории нашей страны (Прикамье, Волжско-Окский бассейн) железо и изделия из него впервые были получены около 1000 г. до н. э. Через 500 лет эту технологию освоили и на территории Сибири, Алтая и Украины. Исследования археологов показывают, что в 950-1000 гг. в Киевской Руси, Рязани и Новгороде из железной крины изготовляли различные предметы быта, оружие и др.

Научные основы порошковой металлургии разработал в 1752-1763 гг. . Он описал, например, процессы получения порошкового свинца, способы перевода различных материалов в порошкообразное состоя­ние, дал понятие спекания как операции перевода «порошкообразного тела, которому по желанию придана известная форма, в каменистое вещество».

В 1827 г. на торжественном собрании Ученого комитета по горной и соляной части (г. Санкт-Петербург) 21 марта 1827 г. выступил ­ский (1782-1841), сообщивший о создании им нового способа получения различных изделий из порошка платины. Им были продемонстрированы ме­дали, жетоны, чаши, тигли, бруски массой до 2,4 кг, различные украшения, полученные путем прессования предварительно сформованной и нагретой до «белого каления» заготовки из губчатой платины. отмечал в своем докладе, что «от одного удара кружок платины вовсе изменяет вид свой; зернистое сложение его становится плотным и оный делается совер­шенно ковким. После обжатия кружки проковываются в полоски или прутки желаемого вида обыкновенным образом».

является основоположником широко распростра­ненного в настоящее время направления в металлургии - порошковой метал­лургии.

Петр Григорьевич Соболевский родился в Петербурге в феврале 1782 г. в семье врача и ботаника Григория Федоровича Соболевского. Образова­ние получил в Петербургском сухопутном кадетском кор­пусе, но почти сразу после его окончания он оставил военную службу и за­нялся решением сложных научно-технических проблем. Работая на Урале, прославил свое имя успешной инженерной и научной дея­тельностью в области осветительной техники (создал в 1811 г. «термоламп» - прибор для газового освещения и отопления), черной и цветной металлургии (усовершенствовал и внедрил в 1816 г. способ пудлингования чугуна), хими­ческой технологии, конструирования машин и судов (самодувные печи, об­жимные молоты, безбалансирная паровая машина; в 1817 г. по Волге и Каме пошли первые пароходы, построенные по его проекту) и др. В 1825 г. по поручению Горного департамента приступил к решению проблемы платины, которую в то время не могли обрабатывать из-за высокой температуры плавления этого материала.

Именно с этим тугоплавким металлом (температура плавления 1 773 оС) связано зарождение порошковой металлургии.

Академик Петербургской академии наук, физик (1793­1831) отметил: «Все почти европейские знаменитости химии в течение семи­десяти лет старались найти простейший способ отделить чистую платину от сопровождающих ее обыкновенно в природе других минералов и приводить в ковкое состояние, но доселе усилия их были безуспешны».

Платина была известна еще в древности, а ее разработка нача­лась в XVIII в. в Колумбии. В России проблема получения платиновых из­делий стала актуальной лишь в начале XIXв. На Урале сначала были откры­ты ее месторождения в виде спутника золота (1819 г.), а затем богатейшие в мире запасы чистой платиновой россыпи (1825 г.), причем только за один 1825 г. добыча платины в России составила 110 пудов (в Америке с 1741 по 1825 гг. было добыто 65-70 пудов).

было поручено построить и возглавить Соединенную лабораторию Горного кадетского корпуса, явившуюся первым в России химико-металлургическим центром. Именно здесь ­ский при участии помогавшего ему химика (1795-1852) в течение 1826 г. создал новый способ получения платиновых изделий, назван­ный затем порошковой металлургией.

С использованием способа, разработанного , с 1828 г. налажена массовая чеканка платиновых монет достоинством 3, 6 и 12 руб. на серебро, продолжавшаяся до 1845 г. (всего за 18 лет было выпущено монет на сумму более четырех миллионов рублей), которая и стала первым промышленным применением порошковой металлургии.

Однако после смерти чеканка платиновых монет вскоре была прекращена, добыча платины заметно сократилась, появились печи с кислородно-водородным пламенем (что позволило развивать темпера­туры более 1 800 оС).

До начала ХХ в. сохранялось лишь эпизодическое применение метал­лических порошков для различных целей (свинцовых порошков в аккумуля­торах, железных - в химических производствах и пр.).

Возрождение интереса к порошковой металлургии было прежде всего связано с необходимостью удовлетворения потребностей быстро развивав­шейся электротехники. Электроламповой промышленности были нужны ту­гоплавкие материалы для нитей ламп накаливания.

В 1900 г. наш соотечественник на Всемирной Париж­ской выставке демонстрировал электрическую лампочку с телом накала из вольфрамовой проволоки, полученной методом порошковой металлургии.

Решение этих и других технических задач послужило мощ­ным толчком к налаживанию производства порошковых самосмазывающих­ся подшипников, твердых сплавов, магнитных, электроконтактных и конст­рукционных материалов, а также многих других видов продукции.

В 30-е годы были не только отмечены работами в направлении развития промышленности ПМ, но и посвящены созданию ее теории. Пионером в этой области считается , опубликовавший, начиная с 1938 г., ряд монографий ставших классическими, на которых воспитывались последующие поколения порошковиков.

После Великой Отечественной войны резко расширилась сфера использования продукции ПМ. С именем связаны исследования боридов, нитридов и других соединений. Вместе с он издал первую монографию по горячему прессованию порошков.

К началу 1950-х гг. мировое ежегодное производство металлических порошков, материалов и изделий из них составляло примерно несколько де­сятков тысяч тонн. Началось быстрое развитие порошковой металлургии, связанное с созданием крупных специализированных производств порошков и изделий из них.

В последующие тридцать лет темпы роста продукции порошковой ме­таллургии в разных странах в среднем составляли 6-10 %, достигая в отдель­ные периоды 15-20 % (США, ФРГ, Япония и др.).

Центром ПМ стал Институт проблем материаловедения (ИПМ) АН Украины, выросший в крупнейшую научно-исследовательскую организацию на базе созданной в 50-х годах лаборатории металлокерамики. Из ученых киевской школы следует отметить , , и многих других. В Москве лидером многие годы являлся . С именем связано открытие в стране специальности «Порошковая металлургия и напыленные покрытия». Крупные работы велись также в МИСИСе, ЦНИИчермете, ВИЛСе и других организациях.