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 , предел прочности при растяжении , электропроводность , теплопроводность ) по отношению к соответствующим свойствам компактного металла (Е_к, ,_вк, , _т)·

Влияние пористости на некоторые свойства спечённых материалов

Пористость,

%

ЕЕ/к

/_к

_в/_в

/

_т/_т

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.