Порошковой металлургией называют область машиностроительных технологий, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их этих смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента. Типовой технологический процесс изготовления изделий методом порошковой металлургии представлен на рис. 5.1.

К основным достоинствам порошковой металлургии следует отнести:

· существенное сокращение расхода материала при производстве изделий;

· относительно низкую трудоемкость;

· возможность получение сплавов (спевдосплавов) таких составов и структур, которые не могут быть достигнуты традиционными металлургическими методами (изделия из карбидов нитридов и боридов тугоплавких металлов, композиционных материалов на металлической основе и т.п.);

· получение пористых материалов.

Металлические порошки характеризуются физическими, химическими и технологическими свойствами.

Физические свойства порошков

Под физическими свойствами порошков подразумевают преобладающую форму частиц и гранулометрический состав порошка, твердость, удельную поверхность, плотность и состояние частиц порошка, связанное с их предварительной обработкой.

Форма частиц порошка определяется методом его получения и может быть сферической, губчатой, осколочной, тарельчатой, дендритной, чешуйчатой или плоской. Форму частиц порошка определяют при помощи оптического или электронного микроскопа. Форма частиц оказывает влияние на насыпную плотность, прессуемость и формуемость порошка. Наибольшую прочность прессовок обеспечивают частицы дендритной формы.

Под гранулометрическим составом порошка понимают размерное распределение его частиц, представляемых в виде таблицы или кривой распределения зернистости. В зависимости от размера частиц для определения гранулометрического состава используют различные методы анализа: ситовой, микроскопический, седиметационный и др.

Под удельной поверхностной энергией порошка понимают величину суммарной поверхности всех частиц порошка в единице объема или массы. С уменьшением размера частиц удельная поверхность порошка увеличивается. Величина удельной поверхности определяется не только размерами и формой частиц, но и степенью развитости их поверхности, которая определяется условиями получения порошков.

Технологические свойства порошков

Под технологическими свойствами порошков понимают насыпную плотность, плотность утряски, текучесть, прессуемость и формуемость.

Насыпная плотность представляет собой массу единицы объема свободно насыпанного порошка. Насыпная плотность порошка определяется действительной плотностью данного металла и плотностью укладки его частиц в данном объеме. Насыпная плотность тем больше, чем крупнее частицы порошка и чем более компактной и правильной формой они обладают. Знание насыпной плотности необходимо при конструировании прессформ. Дозировку порошков при прессовании чаще всего осуществляют объемными методами, поэтому соблюдение постоянства насыпной плотности является при этом необходимым условием. С насыпной плотностью порошка тесно связана усадка при спекании, так как она отражает гранулометрический состав. Чем меньше насыпная плотность, тем больше усадка.

Плотность утряски определяется путем утряски определенной навески порошка до постоянного объема. Утряску производят легким постукиванием мензурки о стол до установления постоянного объема, т.е. до прекращения видимой усадки порошка. Утряску можно производить при помощи специальных вибраторов. Плотность утряски на 20…50 % больше насыпной плотности вследствие лучшей укладки частиц при встряхивании.

Под текучестью порошка понимают способность его с определенной скоростью вытекать из отверстия. Текучесть является важной с производственной точки зрения, характеристикой, определяющей быстроту и полноту заполнения порошком пресс-формы.  Текучесть обычно уменьшается при уменьшении размеров частиц, так как  тонкие порошки обладают большей удельной поверхностью. Увеличение шероховатости, усложнение формы частиц  также уменьшает текучесть. Окисление порошков обычно повышает текучесть, так как при этом снижается коэффициент трения и сглаживается рельеф поверхности. Влажность порошка значительно повышает текучесть.

Прессуемость и формуемость являются важнейшими технологическими характеристиками порошка.  Под прессуемостью понимают способность порошка к уплотнению при прессовании, а под формуемостью – способность сохранять форму полуфабриката, приобретенную при прессовании. Хорошая прессуемость облегчает и удешевляет процесс формования. Прессуемость в основном зависит от пластичности частиц порошка  и в меньшей степени связана с величиной и формой частиц. Формуемость, наоборот, зависит от формы и состояния поверхности частиц. Частицы с развитой шероховатостью поверхности обладают лучшей формуемостью.

Количественно прессуемость определяют по степени уплотнения порошка при определенном давлении прессования. Формуемость определяют по брикету, полученному при испытании на прессуемость, путем осмотра на наличие или отсутствие трещин, по состоянию поверхности и кромок.