Сделано из порошков


Что общего между керамикой и резцами, обрабатывающими прочную сталь? Казалось бы, ничего. А между тем и для тех и для других сырьем служит мелко измельченный порошок, который прессуют и спекают. Резцы делают из металлических порошков и называют их металлокерамическими. Они столь тверды, что ими режут металлы.

В состав порошков входят разнообразные элементы — редкие металлы и их соединения. Сырье размалывают в специальных мельницах, смесью порошков заполняют формы, подвергают давлению, а затем нагреву. Чтобы получить изделия из порошков, не нужны ни плавка, ни механическая обработка. Шестерню таким способом можно изготовить очень точно.

Технология порошковой металлургии.
Технология порошковой металлургии. Слева способы получения порошков: 1 — в шаровых мельницах; 2 — в вихревых мельницах; 3 — распыле-ниєм легкоплавких металлов на вращающихся дисках; 4 — электролизом; 5 — электроискровым способом.

Методом порошковой металлургии быстро и просто делают сейчас многие детали машин, приборов и различных вещей всевозможных форм. Шестерни, сварочные электроды, зубчатые колеса, щетки электродвигателей, магниты, контакты рубильников, мерительный и режущий инструмент — лишь немногие примеры металлокерамических изделий.

В порошок можно превратить любые, даже самые тугоплавкие металлы; можно составлять сложные смеси из разных металлов с разными свойствами; можно соединить вместе металл и неметалл — как, например, соединены медь и графит в щетках электродвигателей. Из одного и того же материала можно сделать разные изделия, с разными свойствами, если по-разному измельчать его в порошок и прессовать. И никаким другим способом нельзя сделать, например, подшипник с мельчайшими порами, через которые будет выдавливаться смазка. Трудно иначе получить изделия, состоящие из слоев нескольких металлов.

Металлокерамические тормоза самолетов.
Металлокерамические тормоза самолетов.

Путь к металлокерамической детали начинается с приготовления порошков. Порошки бывают нужны различного «помола», различны и способы размельчения металла. Кусочки, обрезки проволоки, стружку дробят или перетирают в шаровой мельнице. В мельнице другой конструкции с помощью вентиляторов создают внутри воздушные вихри. Сталкиваясь друг с другом, кусочки металла сами измельчают себя. Иногда применяют и специальные дробилки с падающим грузом.

Легкоплавкие металлы распыляют в жидком виде, разбрызгивают под давлением сжатого воздуха, а затем направляют на размельчитель — быстро вращающийся диск. Застывшие капельки металла разбиваются на мельчайшие частички. Прибегают и к помощи электрического тока, восстанавливая металл электролизом из солей. Он получается хрупким и легко превращается в мельнице в порошок.

Смесь порошков далее прессуют в формах. Частички сближаются и плотно сцепляются друг с другом. При этом удается получить нужную пористость.

Остается произвести спекание: сначала при не очень высокой температуре, а потом, когда деталь приобретает уже окончательно нужную форму, при высокой. При горячем прессовавши применяют одновременно и давление и нагрев. В этом случае нагревают порошок током, причем можно использовать токи высокой частоты. Такое совмещение экономит время, и готовую деталь иногда получают за несколько минут.

При спекании происходят сложные процессы. Частички металла могут расплавляться, проникать друг в друга. Образуется плотная масса, свойства которой зависят от исходных металлов и от того, как происходили прессование и нагрев.

 Минералокерамические резцы и фрезы.
 Минералокерамические резцы и фрезы.

Из пористых металлов делают подшипники, применяя для этого железо или бронзу вместе с графитом. Графит — хорошая смазка. В прессованный подшипник, содержащий графит, не нужно вводить масло. Другие пористые подшипники пропитывают маслом, которое постепенно выдавливается и смазывает трущиеся поверхности. Самосмазывающийся подшипник расходует масло очень экономно.

Металлокерамические детали встречаются в тормозных устройствах самолетов, автомобилей, сельскохозяйственных и землеройных машин.

Пористые материалы бывают нужны и для других изделий — фильтров, антиобледенителей. Чтобы крыло самолета не покрывалось льдом, на его передней кромке укрепляют пластинки из пористого металла. В поры поступает жидкость, которая испаряется и не дает появляться льду. Пористые фильтры для горючих масел и газов настолько дешевы, что выгоднее заменить засорившийся фильтр, чем очищать его.

Технике нужны магнитные материалы. Огромные магниты поднимают и переносят детали с места на место, крошечные магнитики применяются в приборах. Магниты требуются для
разнообразных электрических аппаратов. Просто и удобно их изготовлять из порошков. Магнитные изделия делают не только из металлов, но и из смеси магнитного порошка с пластмассовым. Этим избегают спекания, так как пластмасса связывает крупинки металла и без нагрева.

Металломинералокерамика применяется в реактивных двигателях.
Металломинералокерамика применяется в реактивных двигателях.

Металлокерамику используют при изготовлении алмазно-металлических изделий. Шлифовальные круги, например, делают так: в заготовку укладывают крошечные алмазные зерна и связующий порошок и прессуют. Так же делают и буровые коронки.

Существует целая отрасль промышленности — производство твердых сплавов. Прочность материалов намного увеличилась за последние полвека. И если бы не твердые сплавы, в металлообработке нельзя было бы добиться больших скоростей резания.

Но и твердый сплав в конце концов перестает быть твердым, когда скорость резания достаточно велика. В последние годы появились еще более стойкие резцы — минералокерамические. Камень режет металл! Минералокерамические резцы дают возможность добиться самых высоких скоростей в металлообработке.

Теперь есть и металломинерало-керамика. В ее основе — металлы и минералы, в ней сочетается стойкость и прочность, она выдерживает сильный нагрев. Из металло-минералокерамики изготовляют защитные жаропрочные покрытия, например для деталей реактивных двигателей.

Возможности порошковой металлургии не имеют границ.

А то, что сейчас, помимо металлов, в ней применяется и минеральное сырье, еще больше расширило возможности и увеличило значение этой новой отрасли техники.

Великаний багаж

В 1913 г. на каждого жителя России приходился не такой уж большой «груз» различных продуктов: 205 кГ угля, 60 кГ чугуна и стали, 66 к Г нефти и 11 кГ цемента. В 1965 г. на каждого жителя СССР придется примерно по 300 кГ чугуна, 360 кГ стали, 2500 кГ каменного угля, 1000 кГ нефти и по 320 кГ цемента. Только по пяти видам продукции на каждого из нас придется по 4,5 Т — это поистине великаний багаж!