Elemente de Metalurgia Pulberilor

1. ELEMENTE DE METALURGIA PULBERILOR

INTRODUCERE

În seria procedeelor de prelucrare dimensională a metalelor au

pătruns, din ce în ce mai mult tehnologiile de prelucrare prin agregare de pulberi

metalice, care, în ultimele două decenii, au dobândit largi aplicaţii în toate

ramurile industriei. Aceste tehnologii, spre deosebire de cele clasice - bazate pe

procesele de topire, turnare şi deformare plastică a metalelor- constau în obţinerea

şi utilizarea pulberilor metalice, ca atare, sau sub forma produselor compactizate

şi sinterizate.

În esenţă, prelucrarea prin agregare de pulberi constă din următoarele

etape principale: a) obţinerea pulberilor de metale (sau combinaţii metalice şi

metaloide); b) amestecarea pulberilor de diferite tipuri; c) compactizarea (în

general prin presare) a pulberilor omogenizate, în anumite forme şi dimensiuni;

d) tratamentul termic al semifabricatelor şi pieselor rezultate prin compactizare; e)

prelucrări mecanice de rectificare şi superfinisare.

Pulberea este materialul alcătuit din particule (granule) de metale

pure, aliaje, de compuşi intermetalici sau de amestecuri mecanice ale mai multor

componenţi şi ale căror dimensiuni pot varia în limitele 0,1...1000 μm. Mărimea

granulelor utilizate în agregarea pulberilor, pe scară industrială, este însă cuprinsă

în limite mai restrânse (1...400 μm).

Cuvinte cheie: pulberi metalice, particule, comprimare, sinterizare,

agregate,etc.

1.1 PROPRIETĂŢI FIZICO-CHIMICE ALE PULBERILOR

METALICE

Pulberile metalice se caracterizează printr-o serie de proprietăţi fizicomecanice

şi chimice care determină în mare măsură proprietăţile finale ale

produselor obţinute prin agregarea de pulberi. Dintre aceste proprietăţi sunt mai

importante următoarele :

a) Forma particulelor apreciată pe baza raportului dintre cele trei

dimensiuni ale particulelor. După formă, particulele de pulberi pot fi :

- fibroase sau aciculare, a căror lungime depăşeşte cu mult celelalte

două dimensiuni (l ≥ b ≥ h);

- lamelare (plate), la care lungimea şi lăţimea sunt de acelaşi ordin de

mărime şi depăşesc cu mult grosimea (l ≈ b »h);

- echiaxiale (poliedrice sau sferoidale), la care toate cele trei

dimensiuni sunt aproximativ egale (l ≅ b ≅ h ).

b) Calitatea suprafeţei, care poate fi netedă şi regulată sau neregulată

(rugoasă). Majoritatea pulberilor au suprafaţă neregulată, ceea ce uşurează de

altfel tendinţa de agregare (compactare).

c) Structura internă a particulelor se poate prezenta sub aspect

spongios, dendritic sau compact; uneori, în interior, granulele de pulberi pot

prezenta macropori închişi sau deschişi.

Mărimea, forma şi structura internă a particulelor depind în cea mai

mare măsură de metodele de elaborare a pulberilor metalice.

d) Repartiţia granulometrică. De regulă, se obţin prin diverse limite,

neexistând posibilitatea de obţinere a unor pulberi monogranulare.

e) Volumul de umplere Vu este volumul ocupat de 100 g de pulbere

vărsată liber într-un vas de măsurare.

f) Densitatea de umplere ρu, în g/cm3, calculată direct din volumul de

umplere cu relaţia

ρu

Vu

= 100 [g / cm3] (1.1)

g) Compactitatea de umplere Cu, în %, arată cât din volumul ocupat

aparent de pulbere este ocupat efectiv de materialul solid, restul până la 100%

fiind porozitatea totală Pu (de umplere).

Cu C

u

m

= ⋅ = − u ρ

ρ

100; [%]; Pu 100 [%] (1.2)

unde ρm este densitatea materialului pulberii.

h) Densitatea de presare ρp, în g/cm3, şi compactitatea de presare Cp,

în %, pot fi calculate pentru o anumită presiune de compactizare p, în 104 N/cm3,

din masa şi volumul produsului astfel presat.

În stadiul actual al dezvoltării metalurgiei pulberilor, principalele

direcţii de folosire a pulberilor metalice sunt :

a) folosirea pulberilor metalice pentru depuneri anticorozive,

refractare sau rezistente la uzură, pe suport metalic din fontă, oţel sau neferoase;

b) utilizarea pulberilor metalice din oţeluri rapide şi aliaje dure în

procesele de presare-sinterizare şi de presare izostatică pentru obţinerea de

semifabricate destinate executării de scule şi matriţe;

c) aplicaţiile pulberilor pe bază de cupru, fier şi aluminiu pentru

confecţionarea materialelor antifricţiune poroase cu autolubrifiere (lagăre, plăcuţe

pentru discuri de frână etc.);

d) diverse produse realizate prin sinterizare, de exemplu filtre pentru

gaze şi lichide, obţinute din pulberi de oţeluri anticorozive, nichel, bronz, alamă

etc., precum şi magneţi din pulberi de fier aliate cu pulberi de siliciu (FeSi), cu

nichel (FeNi), cu cobalt (FeCo) şi cu molibden (FeMo);

e) utilizarea pulberilor metalice în tehnica obţinerii de cermeţi de

tipul UO2-Al şi UC-Al, pentru bare de combustie nucleară, de tipul B4C-Al,

folosite ca bare de reglare pentru reactoarele nucleare sau de tipul Mo-ZrO2

pentru navete spaţiale;

f) aplicaţii foarte largi cu pulberi metalice pe bază de nichel (Ni-Cr-Si;

Ni-Cr; Ni-Si; Ni-B-Si), carburi (WC-Co) şi pe bază de crom-nichel pentru

depuneri pe suprafeţe metalice, în vederea obţinerii de piese metalice cu

proprietăţi de rezistenţă la uzare, duritate, rezistenţe la oboseală, la coroziune,

refractaritate etc. Prin utilizarea pulberilor de depunere devine posibilă obţinerea

pieselor în construcţia de maşini din aliaje curente (fontă, oţel-carbon sau slab

aliat), care apoi sunt acoperite prin pulverizare cu depuneri metalice pentru

obţinerea unor structuri superficiale cu caracteristicile solicitate de

funcţionalitatea acestor piese. O asemenea tehnică prezintă avantaje remarcabile

în privinţa economisirii metalelor şi aliajelor deficitare, oferă posibilitatea

recondiţionării pieselor uzate, prin reîmprospătarea stratului superficial şi

remanierea unor defecte de turnare sau de prelucrare a pieselor suport.

Principalele avantaje tehnico-economice ale obţinerii pieselor prin

presare-sinterizare sunt: