Metalurgia proszków / spieki

Odkryj potencjał metalurgii proszków, która gwarantuje ci mniejsze starty surowca, niższe zużycie energii oraz redukcję procesów produkcyjnych.

Wszystkie metale i stopy o znaczeniu technicznym można wytwarzać w postaci proszku. Metodami metalurgii proszków można wytwarzać zarówno wyroby masowe z pro­szków: żelaza, stali, metali i stopów metali nieżelaznych, oraz wyroby z materiałów o specjalnych właściwościach: wysokostopowe żaroodporne, żarowytrzymałe, odporne na korozję, a także materiały magnetyczne, narzędziowe, cierne, ślizgowe, konstrukcyjne, porowate i inne posiadające specyficzne cechy.

Produkcja wyrobów masowych metodą metalurgii proszków, którą można zaliczyć do obróbki bezubytkowej, po­zwala wytwarzać masowo gotowe wyroby z pominięciem energochłonnych procesów topnienia, odlewania, przeróbki plastycznej.

Technika ta sięga swoimi tradycjami czasów starożytnych, kiedy z proszków metali szlachetnych wytwarzano drogą zgrzewania ozdo­by. Wraz z opracowaniem hutniczych metod topienia metali, spieka­nie ich proszków zostało zapomniane. Jedynie wyroby z materiałów o wysokiej temperaturze topnienia stosowano dłużej, gdyż piece hutnicze nie pozwalały na ich topienie.

Ponowny rozwój metalurgii proszków związany był z opracowaniem technologii produkcji materiałów narzędziowych oraz porowatych materiałów do których należą np. łożyska samosmarne.

Duże znaczenie w zastosowaniu metalurgii proszków mają specyficzne cechy charakteryzujące tę technologię:

• dowolny dobór składu chemicznego wyrobu w wy­niku zmieszania komponentów nie rozpuszczających się wzajemnie, o znacznych różnicach temperatury topnienia, np. Al-Pb, W-Cu, Cu-grafit,
• możliwość wytwarzania wyrobów z materiałów wysokotopliwych,
• możliwość nasycania porów spieku metalami, polimerami i olejami,
• możliwość wytwarzania wyrobów różniących się gęstością i właściwościami przy tym samym składzie chemicznym.

Specyficzne cechy technologiczne metalurgii proszków i wynikające z tego właściwości mechaniczne i fizyczne wyrobów pozwalają na szerokie ich wykorzystywanie np.:

• w przemyśle motoryzacyjnym na: łożyska ślizgowe, materiały tarciowe, gniazda na zawory, koła zębate, pierścienie tłokowe, tłoczki hamul­ców, filtry ABS,
• w przemyśle maszynowym na: łożyska ślizgowe, koła zębate, filtry gazu,
• w przemyśle budowlanym na: klucze, segmenty zębate, tuleje, rolki,
• w przemyśle elektrotechnicznym na: łożyska ślizgowe, styki, elekt­rody,
• w przemyśle zbrojeniowym: elementy broni.

Spiekane filtry o dużej porowatości: CuSn10 i stalowy

Spiekane porowate pierścienie do łożysk samosmarnych CuSn10

Spiekane o niskiej porowatości stalowe koła zębate

Spiekane nieporowate węgliki do narzędzi spiekanych o zmniejszającej się porowatości

Główne obszary zastosowań spieków na rynku materiałowym pozwalają na potraktowanie metalurgii zarówno jako metody konkurencyjnej dla innych technik wytwarzania, jak i metody bezkonkurencyjnej dla wyrobów porowatych, narzędzi z węglików itp.

Konkurencyjność ma miejsce wówczas, gdy ze względów ekonomicznych wyrób wytworzony konwencjonalną technologią może zostać zastąpiony spiekiem o tym samym lub zbliżonym składzie chemicznym. Przewaga metalurgii proszków wynika z oszczędnego gospodarowania materiałem, energią i czasem. Również istotna jest znacznie niższa, w porównaniu z ogniową metalurgią i odlewnictwem temperatura zabiegów w metalurgii proszków, która czyni z niej technologię energooszczędną.

Koszt jednostkowy wyrobu spiekanego zależy od planowanej wielkości produkcji. Ma to związek ze stosowaniem kosztownych narzędzi do prasowania (matryce, stemple). Granica opłacalności technologii spiekania jest określona punktem przecięcia się krzywych X, określających porównanie jednostkowego kosztu tego samego wyrobu wyprodukowanego metodą metalurgii proszków z innymi technologiami wytwarzania.

Porównanie kosztu wyrobów produkowanych metodą metalurgii proszków (1) z innymi technologiami (2)

Technologia spiekania wyrobów z proszków nie jest bez wad. Wyrób jej zależy od ekonomiki procesu i doboru optymalnych parametrów wyrobu finalnego. Porowatość jest cechą nieuniknioną tej technologii. Dla wyrobów takich jak np. łożyska samosmarujące i filtry, jest cechą niezbędną, ale należy brać pod uwagę, że wpływa ona na zmniejszenie wytrzymałości mechanicznych i odporności na korozję, utrudnia uzyskanie wyrobów cienkościennych. Porowatość musi być tak dobrana, by gwarantowała prawidłową eksploatację części w danych warunkach pracy.