MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2009
JAN HALBICH
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Využití korozivzdorných práškových ocelí ve výrobě nástrojů Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc.
Vypracoval: Jan Halbich
Brno 2009
2
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Využití korozivzdorných práškových ocelí ve výrobě nástrojů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………………. podpis diplomanta……………………….
3
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu práce Doc. Ing. Michal Černý, CSc. za konzultace a cenné připomínky k bakalářské práci, dále svým rodičům za poskytnutí možnosti studovat a Evě Srnové za překlad Abstraktu
4
Abstrakt Tato práce pojednává o metodách práškové metalurgie. Nejdříve se zabývá metodami výroby prášku, jež je základní surovinou pro následné zpracování. Dále pojednává o metodách tváření prášku, udělení požadovaného tvaru výrobku. O slinování prášku, nejdůležitější pracovní operaci při výrobě a o procesech jež doprovází slinování. Využití práškové metalurgie pro výrobu součástí a její výhody a nevýhody. O výrobci práškových materiálu Crucible, který jako jediný zveřejnil informace o těchto materiálech.
Klíčová slova: Ocel, prášková metalurgie, slinování, nekonvenční metody tváření, CPM
Abstract This thesis examines methods of powder metallurgy. It first deals with methods of production of powder that is the basic material for further processing. It then tackles methods of powder moulding which gives the product a required shape. It touches the theme of powder sintering, the most important stage of the production process, and of other processess that go hand in hand with sintering. Use of powder metallurgy in spare parts production and its advantages and disadvantages. The work presents a powder materials producer, Crucible, as the only company that published information on these materials.
Key words: steel, powder metallurgy, sintering, unconventional methods forming, CPM
5
Úvod.................................................................................................................................. 7 Cíl práce............................................................................................................................ 7 1. Výroba prášku........................................................................................................... 8 1.1 Drcení, mletí ..................................................................................................... 8 1.2 Rozprašování tekutého kovu........................................................................... 11 1.3 Elektro-chemické metody výroby prášku: ...................................................... 15 2. Tváření práškových materiálů ................................................................................ 16 2.1 Metody s užitím tlaku: .................................................................................... 17 2.2 Kování práškových materiálů ......................................................................... 21 2.2.1. Ocelové prášky vhodné pro kování ........................................................ 23 2.2.2. Slinování polotovarů pro kování............................................................. 24 2.2.3. Zásady konstrukce kovacích nástrojů: .................................................... 26 2.3 Metody tváření bez užití tlaku ........................................................................ 26 3. Slinování ................................................................................................................. 27 3.1 Slinování prášku jednoho prvku. .................................................................... 28 3.2 Slinování vícesložkových soustav .................................................................. 29 3.3 Vliv různých činitelů na slinování. ................................................................. 30 4. Užití práškové metalurgie, hlavní výhody a nevýhody: ......................................... 32 4.1 Výhody: .......................................................................................................... 32 4.2 Nevýhody:....................................................................................................... 33 5. Crucible materials corporation – výrobci práškových ocelí ................................... 33 5.1 Otěru vzdorné nástrojové oceli ....................................................................... 34 5.2 Rychlořezné CPM oceli .................................................................................. 35 5.3 Nerezové oceli ................................................................................................ 36 6. Závěr: ...................................................................................................................... 37 Literatura:........................................................................................................................ 38 Seznam obrázků:............................................................................................................. 38
6
PRÁŠKOVÁ METALURGIE Úvod Užití kovu v disperzním stavu má dlouhou tradici. Ať se jednalo o zlacení listovým zlatem nebo aplikace hliníkových pigmentů u barev. Lze také prášky kovů spojovat opět v homogenní celek, u něhož se dosahuje lepších vlastností než by se dosáhlo u materiálu stejného chemického složení, pokud by bylo vůbec možné požadované složení aplikovat na konvenční technologií. Slinování, tedy spojení kovu v disperzním stavu v homogenní celek má také dlouhou historii, využívali už jej k výrobě nástrojů některé africké kmeny na primitivní úrovni. K výrobě užívali zhruba následující postup: - rozmělnili rudu a zbavili ji hlušiny - ve zvláštní peci promíchali prášek železné rudy s dřevěným uhlím a vytavili železnou houbu - železnou houbu posléze rozemleli a slinovali ve speciální keramické nádobě. Většina kvalitních pokusů se ale začala až mezi první a druhou světovou válkou. Ve druhé světové válce již vyráběli Němci některé výrobky práškovou metalurgií sériově. V dnešní době se využívá práškové metalurgie především k výrobě materiálů, u kterých požadujeme zvláštní vlastnosti: - super tvrdé materiály, například slinuté karbidy - magneticky měkké a tvrdé ferity - kovokeramické materiály - korozivzdorné materiály apod. Mimo tyto oblasti pronikly i do speciálních materiálů, pro příklad práškové nástrojové oceli. S úspěchem se užívají k výrobě pórovitých materiálů, jež jsou vhodné pro ložiska a v mnohých dalších oborech lidské činnosti, slinované bronzy a další neželezné materiáli.
Cíl práce Práce je zaměřena na výrobu a zpracování práškových ocelí, popis výrobních metod od nejjednodušších až po nejmodernější. Klade si za cíl shrnout dosavadní poznatky při výrobě korozivzdorných ocelí, popsat jednotlivé metody výroby prášku a jeho následného zpracování.
7
1.
Výroba prášku Způsob výroby prášku ovlivňují jednak budoucí požadavky na vlastnosti prášku
a ve velké míře také ekonomické aspekty výroby. Pro výrobu prášku se dnes užívají dvě základní metody, první je mechanická a druhá užívá fyzikálních zákonů především elektriky a chemie, odtud její název elektro-chemická. Legované prášky se vyrábí třemi základními procesy: - míšení prášku jednotlivých legur s práškem železa - výrobou prášku z již legované oceli - difúzním legováním prášku, u tohoto procesu legujeme především povrch prášku Mezi mechanické metody patří: - drcení, mletí - granulace (tavenina je lita do vody) - rozprašování tekutého kovu - tlakovým vzduchem - inertním plynem - tlakovou parou - mechanickými prostředky Mechanické metody užívají pro výrobu prášku vnějších sil na materiál. Nejdůležitější vlastností mechanických metod je neměnnost chemického složení materiálu. 1.1
Drcení, mletí
mletí - uplatňuje se především u křehkých materiálu - u měkkých materiálu dochází ve větší míře než dělení materiálu k jeho deformacím, nehledě na vznik svárů - před začátkem procesu se materiál musí nadělit na přiměřené části - během mletí na mletý materiál působí ve větší či menší míře množství dílčích procesů, které způsobují dělení materiálu, hlavní procesy probíhající při mletí jsou: nárazy, odírání, střih materiálu, tlakové síly
8
Mletí v kulových mlýnech - užívají se k výrobě velmi tvrdých a křehkých materiálů - vyrábí se jimi jemné prášky, výroba probíhá z již naděleného materiálu malých rozměrů Mletí v kulových vibračních mlýnech - lze jimi získat poměrně rychle jemný prášek - vlivem uložení závaží na hřídeli mimo její osu, jejím otáčením vznikají vibrace (obr.1.)
obr. 1. Kuličkový vibrační mlýn 1) zdroj energie 2) spojka 3) víko bubnu 4) mlecí buben 5) hřídel s excentricky uloženým závažím 6) pružiny 7) rám mlýnu
9
Mlýny tipu Attritor Mletí probíhá ve vertikálně uložené válcové nádobě, ve které se otáčí míchadlo (obr.2.). Míchadlo je vertikálně uložená hřídel, na níž jsou horizontálně umístěná ramena. Mlýny tipu Attritor mají vysokou výkonnost, prášek můžeme získat za polovinu času potřebného k mletí v jiných mlýnech, mlýny lze získat velmi jemné prášky. Proces mletí probíhá při otáčkách 1-5 s-1. Náplň mlýna koná při práci nepravidelný pohyb, při němž vznikají rázové síly, které se podílí na fragmentaci materiálu.
obr. 2. Mlýn tipu Attritor Vířivé mlecí mlýny Hametag V mlýnech Hametag lze mlet měkké houževnaté materiály, s nimiž si výše zmiňované mlýny neporadí. Mletí probíhá vířením mletého materiálu, jež musí být nadělen na malé časti, často se zde jako výchozího materiálu užívá nasekaný drát. Nasekaný drát se uvede do nerovnoměrného vířivého pohybu, při němž do sebe naráží, zhutňuje svůj povrch, načež dochází k vylamování zhutněných částí ve formě šupinek. Mlýny coldstream Hrubý prášek o průměru cca. 2mm je střílen vysokou rychlostí na kovový terč, kde se nárazem dělí na menší části. Jako výchozí materiál může být užit prášek vytvořen práškovým stříkáním, nebo odpad jiné technologie. Výhodou metody je nízký obsah
10
kyslíku v prášku, oxidy jsou nárazem odděleny od prášku a odchází společně se vzduchem do vzduchového filtru. 1.2
Rozprašování tekutého kovu
Výroba prášku rozprašováním tekutého kovu lze provádět několika technologiemi, jež se navzájem liší velikostí tlaku, jeho nosného média a lázní do kterého kov v tekutém stavu rozprašujeme a kde dochází k jeho chladnutí. Hlavními nosnými médii jsou stlačený vzduch, dusík, argon a voda. Lázeň, v níž dochází k chladnutí, je buď voda nebo nádoba s inertním plynem. Mechanizmus rozpadu proudu roztaveného kovu Mechanizmus rozpadu proudy roztaveného kovu je charakterizován třemi základními fázemi (obr.3.). V první fázi rozstřiku je proud stále homogenní a dochází zde pouze k jeho vlnění, ve druhé fázi již dochází k rozpadu proudu na nepravidelné elementy a ve třetí fázi dochází ke zakulacení jednotlivých elementů a tvorbě kulových kapiček. Které mají nejvyšší měrnou povrchovou energii.
obr. 3. Schéma rozprašování tekutého kovu Zobrazené schéma je idealizované, skutečný rozpad proudu tekutého kovu ještě prochází fází deformace a rozpadu kapiček a zejména kolizemi s ostatními kapičkami. Kolize kapiček doprovází jejich vzájemné spojování, což má vliv na jejich konečnou velikost a tvar. Velikost rozprášených částic závisí především na tlaku a úhlu, pod kterým opouští trysku. S vyšším tlakem a úhlem se velikost zmenšuje. Ve skutečnosti úhel nemá překračovat 60°, při vyšších úhlech dochází k tuhnutí kovu už na trysce.
11
Vyrobený prášek má velmi odlišné vlastnosti podle užitého media dodávajícího tlak a podle způsobu chladnutí. Metoda rozprašování vodou Prášky vyráběné rozprašováním vodou (obr.4.) nemají stejný tvar zrn a jejich povrch obsahuje hodně kyslíku, i přes tyto nevýhody se jedná o nejčastěji užívanou metodu výroby buď pro výrobky pro něž je kvalita prášku dostačující nebo pro další zpracování například na již zmiňovaných mlýnech coolstream. U metody rozprašování vodou má vyrobený prášek velký obsah kyslíku.
obr. 4. Rozprášení kovu tlakovou vodou
12
Metoda rozprašování inertním plynem Rozprašování inertním plyne se obsah kyslíku snižuje a prášky nabývají přibližně kulovitého tvaru (obr.5.)
obr. 5. Rozprašování kovu inertním plynem
13
Metoda rozprašování ve vakuu Kov je ve spodní komoře taven ve vakuu, poté je do této komory hnán H2, nasycený kov poté expanduje tryskou do komory, s tlakem blízkým vakuu (obr. 6.).
obr. 6. Schéma rozprašování kovu ve vakuu
14
Tavení s rotující elekrodou V technické praxi je v určitých případech požadován chemicky čistý kovoví prášek. K jehož výrobě je užito tavení s rotující elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu (obr. 7.).
obr. 7. Tavení s rotující elektrodou Mezi wolframovým hrotem a otáčejícím se taveným materiálem hoří elektrický oblouk, jež taví elektrodu, kterou vlivem odstředivé síly opouští roztavený kov. Prášky vyrobené metodou tavení s rotující elektrodou mají přibližně kulovitý tvar a přesné chemické složení a díky výrobě v ochranné atmosféře lze této metody s úspěchem užít i u výroby prášků z reaktivních kovů.
1.3
Elektro-chemické metody výroby prášku:
- chemická redukce kovových oxidů - elektrolytická redukce - selektivním rozpouštěním zrn - výroba prášku desublimací z plynné fáze Chemická redukce kovových oxidů Tato metoda patří mezi nejrozšířenější průmyslové výrobní postupy pro výrobu kovových prášků. S úspěchem je užita při výrobě železných prášků. Kde jako základní materiál užíváme oxidů železa. Redukce oxidů se provádí v tunelové peci, kam vkládáme předem upravený materiál. Redukční pec je složena z vrstev, v okraji je retorta z SiC, směrem ke středu následuje vrstva koksu, dále vrstva redukovaného materiálu, na niž opět navazuje vrstva koksu (obr. 8.).
15
obr. 8. Schéma redukční pece Po redukci se z pece vyjme spečený polotovar válcového tvaru, který se očistí od zbytků koksu a rozemele na prášek. Získaný prášek má nepravidelný tvar a velkou pórovitost, je nejčastěji užíván v technické praxi pro svou relativně nízkou výrobní cenu. Elektrolytická redukce Působením stejnosměrného proudu se na anodě rozpouští kov, ze kterého je třeba vyrobit prášek, podle způsobu reakce a podmínek, ve kterých probíhá se kov buď usazuje na katodě nebo se uvolňuje z elektrolytu už jako prášek. Na vlastnosti prášků má především vliv proudová hustota, teplota, kyselost a koncentrace roztoku. Prášky vyrobené touto metodou mají nepravidelný tvar a vysokou čistotu. Výroba prášku z plynné fáze Metodou desublimace se nejčastěji vyrábí železo a nikl, obojí z karbonylů. Podmínky rozkladu karbonylů jsou závislé na požadovaných vlastnostech prášků. Prášky vyrobené desublimací mají kuloví tvar, vysokou čistotu a tvrdost, díky vysokému obsahu uhlíku.
2.
Tváření práškových materiálů
Tímto pojmem rozumíme činnost, při které měníme jakýmkoliv způsobem, tvar, rozměr, hustotu a vlastnosti tvářeného materiálu v našem případě prášku. V dnešní době se užívá mnoho metod, jež se volí podle budoucího výrobku, jeho požadovaných vlastností, vlastností určitého prášku a v neposlední řadě podle náročností a podle finančních aspektů výroby. Tváření prášku lze rozdělit do dvou hlavních skupin (užití tlaku a bez užití tlaku), přičemž velikost tlaku závisí na vlastnostech prášku. Dále lze metody také dělit podle teploty, jaké je materiál při výrobě vystaven (za tepla a za
16
studena), přičemž musí být dosaženo soudržnosti prášku ve tvaru výrobku pro jeho další zapracování. 2.1
Metody s užitím tlaku:
- lisování
- jednostranné - dvojstranné
- izostatické lisování - lisování výbuchem - válcování - protlačení - kování Lisování Při lisování práškových kovů dochází k podstatné změně hustoty přímo úměrné změně objemu. Prášek kovu zaujímá jen část daného prostoru, což znamená že má v daném prostoru určitou pórovitost, jež je daná nejen místem mezi zrny prášku ale často i póry samotných zrn (obr. 9.). Pórovitost je závislá na velikosti zrn a stejnoměrnosti velikosti zrn. Pokud budeme mít prášek o stejnoměrné velikosti zrn, budou prostory mezi zrny větší, než když budeme mít více velikostí zrn a zrna menší vyplní prostor mezi zrny většími.
obr. 9. Velikost dutin mezi zrny při různé velikosti zrn. Prášky s vysokou disperzitou mají některé vlastnosti podobné newtonovské kapalině. Jednotlivá zrna se mohou pohybovat každé zvlášť, což je na jednu stranu výhoda, při působení tlaku zaplňují póry, ale na druhou stranu je to velká nevýhoda, při mechanickém zpracování musí být uzavřeny v obalu. Vlastnosti prášku jsou sice v mnohém podobné kapalině ale i přesto nelze lisovat ve tvarově složitých formách, kam by se prášek nedostal. Lisovací tlak není během reálného procesu lisování 17
konstantní, průběh lisování lze rozdělit na tři základní stádia (obr. 10.).
obr.10. Obr. závislosti lisovacího tlaku na hustotě výlisku Křivka I. vyjadřuje reálný průběh zvyšování hustoty při růstu tlaku. Křivka II. vyjadřuje teoretický průběh zvyšování hustoty při růstu tlaku. - První stádium charakterizuje přemísťování částic v prostoru výlisku, zaplnění mikropórů. K přemístění částic nedochází v celém výlisku rovnoměrně, vlivem tření mezi částicemi, stěnami nádoby, polohou částic. - Ve druhém stádiu již nedochází k přemisťování jednotlivých částic, dochází k nárůstu tlaku a k lokálním plastickým deformacím. - Třetí stádium provází plastické deformace již v celém průřezu a dochází k vzájemnému spojení prášku. Hustota dosažená ve výlisku se zmenšuje se vzdáleností od místa působení tlaku a stěn nádoby. V prášcích tedy nevzniká hydrostatický tlak jako v kapalině. Tlak se zde šíří jen částečně. Plnění zápustky se provádí buď na objem, nebo na váhu. Plnění na objem je jednoduší, ale u materiálů u nichž je dosažená nízká hustota dochází po vylisováni k rozdílným hustotám u výlisku, tedy dochází ke vzniku pórů. Lisovat se může na stálý maximální tlak nebo na stálou výšku. U lisování na stálý tlak mají výlisky rozdílnou výšku a u lisování na stálou výšku zase rozdílnou hustotu, respektive pórovitost. Rozdíly jsou dány vlastnostmi prášku a nestejnoměrností plnění při plnění na konstantní objem. Lisování se neprovádí na vysokou hustotu protože ji lisováním nemůžeme dosáhnout. Na velikost tlaku má vliv množství oxidů, 18
které obsahuje materiál, vrstvy oxidů nejsou díky své vysoké pevnosti, potažmo křehkosti, plasticky deformované a zvyšují potřebný tlak. Lisovací tlak je přímo úměrný sypké hustotě, kterou ovlivňují příznivě i oxidy, které v tomto případě potřebu tlaku snižují. Izostatické lisování. Lisovací tlak je předáván kapalinou na pouzdro, které musí mít speciální vlastnosti, při nízkých tlacích se musí chovat jako pevná látka, držet tvar budoucího výlisku, při vysokých tlacích se naopak musí chovat jako kapalina a musí předávat tlak prášku. Navíc nesmí dojít při jakékoliv další operaci k reakci pouzdra s práškem (při odjímání pouzdra k poškození výlisku) a při tom všem musí být pouzdro levné. U izostatického lisování lze zpracovávat prášky, jež lze jen velmi těžko normálním lisováním zpracovávat. Dále je touto technologií dosahováno lepších vlastností na výlisku, např. větší pevnost nebo elasticita. Izostatické lisování za tepla – HIP (High Isostatic Pressing) Spojením izostatického lisování a lisování za tepla získáváme technologii izostatického lisování za tepla. Teplota a tlak je předávaná prášku plynem. Pro izostatické lisování za tepla se nejčastěji užívají kovové obaly. Stejně jako u izostatického lisování za studena musí mít pouzdro podobné vlastnosti, s tím že užitý materiál musí být lehce svařitelný a nesmí ovlivňovat lisovaný prášek: - obaly se nejčastěji vyrábějí pro tvarově jednoduší výlisky z austenitických a feritických plechů, které se naplní práškem a zavaří. U tvarově složitějších výlisků se užívá opět dvou svařených plechů jež jsou posléze vyfouknuty do formy. - skelné obaly jež jsou nanášeny ve formě kašovité formy. - předlisováním prášku jiným způsobem lisování a poté jen dolisováním na konečnou hustotu izostatickým lisováním. - na předlisovaný prášek se žárovým stříkáním nanese povlak kovu, který vytvoří obal dostatečné pevnosti. Nástrojové oceli vyrobené izostatickým lisováním mají jemnější karbidickou strukturu a karbidy jsou v oceli rovnoměrněji rozptýlené. Nástroje vyrobené z oceli vyrobené izostatickým lisování mají větší životnost a odolnost proti opotřebení než nástroje vyrobené z litých nástrojový ocelí.
19
Při klasické výrobě tvrdých kovů se nelze obvykle vyvarovat pórů, jež lze eliminovat užitím isostatického lisování. Póry do budoucna znamenají narušení homogenity materiálu, které se později vlivem mechanického namáhaní promění v trhliny a ty rozhodují o fragmentaci materiálu. Válcování práškových kovů Válcování prášků probíhá mezi dvěma válci, z nichž jde válcovaný materiál rovnou do průběžné spékací pece (obr. 11.a,b a 12.). Spékací pec musí být nastavena na vyšší teplotu než je normální teplota pro spékání, díky potřebě rychlejšího ohřátí materiálu na spékací teplotu při jeho průchodu, nelze se zde zastavit a počkat až se materiál prohřeje.
obr.11. a) vertikální válcování
b) Horizontální válcování
obr.12. Válcovací stolice 1. zásobník prášku 2. válce 3. skluz 4. spékací pec 5. válce 6. žíhací pec
20
Mezi válce dopravujeme prášek, který je mezi rotujícími válci lisován, šířka válcovaného pásu je dána vzdálenostmi mezi členy. Válcováním lze vyrábět i bimetalové pásky, ale podmínkou je přibližně stejná teplota spékání. Pro bimetalové pásky lze buď dodávat oba kovy ve formě prášku nebo lze jako jeden z kovů užít plát materiálu, na který se naválcuje prášek. Hlavní nevýhodou válcování práškových kovů je malá pracovní rychlost, které se pohybuje okolo 0,05 m*s-1. Protlačné lisování za studena K protlačení se obvykle neužívají prášky kovů, ale již předlisované polotovary, které již mohou být částečně slinuty. Samotných prášků se neužívá z důvodu potřeby vyšších tlaků, které více zatěžují lis a jsou neekonomické. Protlačením se vyrábí například tyče s různými průřezy. 2.2
Kování práškových materiálů Čím je u práškového výrobku vyšší hustota, tím jsou jeho mechanické a
fyzikální vlastnosti lepší, nepočítáme-li ložiska a jiná mazaná místa, kde požadujeme vysokou pórovitost, jsou póry do budoucna potencionální praskliny, tudíž u mechanicky namáhaných součástí požadujeme co nejnižší pórovitost. Vyšší hustotu lze dosahovat různými výše popsanými způsoby a jejich opakováním po sobě. Ale nejvýhodnější je kování do zápustky. V praxi se prosadily tři základní postupy: - nespečený výlisek je v ochranné atmosféře zahřát na kovací teplotu a hned je kován, kování musí probíhat v zápustce z důvodů nízké soudržnosti výlisku. - po spékání se již homogenní těleso zahřeje v ochranné atmosféře a poté se kove na hotovo. - po spékání se v ochranné atmosféře kove za slinovací teploty, nenechá se vychladnout.
21
A ↓
B ↓ Příprava prášku ↓ Lisování ↓ Vypalování maziva ↓
↓ ↓
C ↓ ↓ ↓ ↓ Slinování
↓
↓ ochlazení ↓ ↓
Sycení uhlíkem ↓
↓ Ohřev
↓ ↓
↓ Kování ↓ Dodatečné zpracování
↓
Nejčastěji užívaným postupem v praxi je postup B (obr.13), skládá se sice ze všech činností, čímž je nejdražší, ale je dosahováno lepších konečných vlastností než u ostatních postupů.
obr.13. Schéma zpracování prášku kováním, způsob B Dobrých výsledků lze dosáhnout i postupem C. Velkou výhodou je vynechání chladnutí a následný ohřev výrobku, což šetří čas a peníze. Problémem u tohoto postupu je oxidace (okujení) výlisku po vytažení ze slinovací pece.
22
obr.14. Uzavřený cyklus kování práškového kovu. 1) vratný materiál 8) tlakoví dusík 2)
tříděná vsázka
9)
zásobní pec
3)
tavení v indukční peci
10)
kovací lis
4)
vyhřívaná pánev
11)
ostřihovací lis
5)
atomizovaný (rozprášený) prášek
12)
vratný prášek
6)
polotovar
13)
otřepy
7)
kovová forma
14)
zmetky
15)
hotový výrobek
2.2.1. Ocelové prášky vhodné pro kování Aby u kovaných výrobků z práškové oceli byla dosažena vysoká pevnost, tvrdost, houževnatost. Musí být vyroben prášek z ušlechtilé oceli, k jejíž výrobě se většinou užívá rozstřikování již legované taveniny v ochranné atmosféře. Hlavní užité legury jsou W, V, Ni a Mo, jež se vyznačují nízkou afinitou ke kyslíku, Cr a Mn se vyskytují málo. Uhlík se většinou přidává do prášku se formě grafitu. Což je výhodnější než prášky s obsahem uhlíku, které jsou tvrdé, k lisování se musí užít vyšších tlaků a dochází k většímu opotřebení nástrojů. Nehledě na to, že má grafit v prášku při lisování přízniví vliv, podobně jako mazivo. Při tepelném zpracování musíme dávat pozor aby nedošlo k oduhličení výrobku.
23
Vlastnosti výrobku výrazně ovlivňuje čistota prášku, oxidické vrstvy mají velké význam na mechanické vlastnosti. Z tohoto důvodu některé prášky nejprve redukčně vyžíháme a teprve poté dále zpracujeme. Důležitým hlediskem je také obsah částic prášku, které s uhlíkem nereagují tak dobře, jak nelegované částice prášku. Díky tomu mohou u výrobku vznikat místa s nízkým obsahem uhlíku, které zůstanou po zakalení měkké. Technologické podmínky kování Na vlastnosti výkovku mají vliv průběhy všech výše vypsaných operací, užití jednotlivých technologických postupů při jednotlivých operacích. Lisování polotovarů pro kování Ekonomicky nejvýhodnější způsob zpracování je mít výrobek z prášku předlisovaný malými tlaky, tedy na nízkou hustotu, teprve kováním získat vysokou hustotu. Největším problémem jsou oxidy, během lisování a slinování nesmí dojít k oxidaci. Při vyšší hustotě dosažené lisováním se občas stane že vznikne ve výlisku vzduchová kapsa, která je samozřejmě nežádoucí a může být zdrojem budoucího havarijního stavu součástky. V praxi se běžně kovají do zápustky slinuté polotovary, běžně se užívají polotovary, které mají jen 70% budoucí hustoty. Zde skrz velikou pórovitost dochází k oxidaci během ohřevu, jež lze samozřejmě eliminovat ochranou atmosférou. Při kovářském svařování se bráníme oxidaci užitím boraxu, který by u prášku mohl fungovat i jako mazivo. 2.2.2. Slinování polotovarů pro kování Rozhodujícím faktorem slinování je teplota, za které probíhá. Na teplotu má hlavní vliv skutečnost, jedná-li se o prášek z předlegované oceli nebo chceme-li požadované chemické složení získat až dodatečným mícháním prášků. Teplota se užívá stejná jako u slinování v jakékoliv jiné technologii při užití prášku stejných vlastností. Čas slinování ale může být kratší, musíme ale dosáhnout požadovaných vlastností výrobku.
24
Kovací teplota - zvyšuje plasticitu - zabezpečuje svaření nespojených částic prášku a pórů - pomáhá difúzním procesům v prášku a tím napomáhá ke stejnoměrnějšímu chemickému složení materiálu. Pro kování práškových materiálů se nejčastěji užívá teplota 950 až 1200°C Při nižších teplotách vznikají častěji póry, dosahuje se vyšší pevnost na úkor houževnatosti a rostou síly potřebné ke kování, což způsobuje vyšší opotřebení nástrojů. Jak již bylo uvedeno, největším nepřítelem u práškové metalurgie je oxidace, která se zrychluje s rostoucí teplotou, proto je lepší provádět ohřev a i kování v ochranné atmosféře, pokud nám to technologie umožní. Kovací rychlost Ideální by bylo dosáhnout na začátku kování co nejvyšší rychlost a ke konci kování pomalou rychlost. Hlavní limitujícím prvkem je čas, kdy si kovaný materiál zachová kovací teplotu, proto se nejčastěji pro kování prášku užívá kování v zápustce, kde sice materiál ztrácí teplotu rychleji přestupem tepla do stěn zápustky, ale dosahuje zde rychleji konečného tvaru. Pomalá kovací rychlost je 0,2 – 4m*s-1, vysoká kovací rychlost je 20 – 40m*s-1, velikost kovacích tlaků na plnou hustotu se pohybuje okolo 600 – 800 MPa. Vysokou kovací rychlostí se snáze dosahuje vyšších tlaků, tedy vyšší hustoty, pro kovářské svařování je výhodnější menší tlak, tedy menší rychlost kování Zvýšení hustoty lze dosáhnout opakovaným kováním. Kovací nástroje Kováním chceme dosáhnout rovnoměrné vysoké hustoty v průřezu celého výkovku. Přičemž přemisťování materiálu u stěn zápustky činí značné ztráty třením. Z tohoto důvodu se stěny zápustky mažou grafitem. Přítomnost maziva nejen snižuje tření na stěnách, ale také chrání zahřátý materiál před oxidací a oduhličováním. Je výhodné, aby měl kovací nástroj, případně zápustka, ve které koveme, stejnou teplotu po celý čas kování, proto je výhodný předehřev. Snažíme se mít natolik přesné kovací nástroje, abychom se vyvarovali následného zpracování výkovku a již ze zápustky vyjmuli přesný výrobek.
25
2.2.3. Zásady konstrukce kovacích nástrojů: - vzhledem k vlastnostem práškových materiálů, v mnohých případech připomínajících kapalinu se musí jednat o uzavřenou zápustku - součástky musí být lehko vyměnitelné - výkovek musí jít snadno vyjmout ze zápustky U kovacích nástrojů pro kování práškových materiálů dochází k nižšímu opotřebení než při kování homogenního materiálu, zejména díky vysoké pórovitosti kovaných výlisků, tedy větší absorpci rázových sil kovaným materiálem. Velkou roli dále hraje i potřeba výroby v ochranné atmosféře, kde nedochází ke tvorbě okují, které mají daleko vyšší tvrdost. 2.3
Metody tváření bez užití tlaku Metody tváření bez užití tlaku jsou charakteristické nutností přidání nekovového
pojidla, které zajišťuje kapalnost nebo plasticitu směsi. Pojidlo musí být bezezbytku odstraněno buď před nebo během následného slinování, beze změny tvaru a objemu výrobku. Hlavní výhodu metod bez užití tlaku je jejich relativně nízká cena oproti metodám s užitím tlaku, lisy jsou nákladné zařízení a pro výrobu malých sérií se nevyplatí výroba vhodné zápustky nebo pouzdra, jež by vydrželo podmínky, kterým by bylo vystaveno při lisování. Nároky kladené na formu například pro lití jsou mnohem nižší než pro lisování, tudíž forma levněji vyrobena. Další výhodou těchto metod je možnost užití složitějších forem. Při užití metody lití lze vyrobit formu u které by nedošlo v místech (například osazeních), k dostatečnému slisování prášku vlivem složitosti formy, Metoda keramického lití Jak již název napovídá, jedná se o metodu užívanou především v keramice. Kaše tvořená pojidlem a práškem se lije do formy. Vlastnosti kapaliny jsou dány především její viskozitou a vlastnosti prášku velikostí zrn, obecně platí, že čím jsou zrna menší, tím má kaše stálejší vlastnosti. Hustota získaná po spékání je především dána poměrem pojidla a prášku materiálu.
26
Metoda modelování Pro metodu modelování užijeme materiál o takové viskozitě, že již drží sám pohromadě. Z této plastické hmoty vymodelujeme výrobek, který posléze bez vnější formy vložíme do slinovací pece. Obrovskou výhodou této metody je možnost jednoduché kusové výroby, neboli poměrně laciná výroba prototypů. Dále i složitost výrobku není nijak zvlášť omezena tvarem formy.
3.
Slinování Slinování je proces, při kterém se výlisek nebo práškový kov mění v homogenní
těleso, bez dosažení tekuté fáze materiálu. Teplota slinování je v rozmezí 60 až 90% teploty tavení. Slinování je obvykle provázeno smršťováním součástky. Při slinování probíhají následující jevy: - zrychlení pohybu atomů v důsledku zvýšení teploty materiálu - v místě kontaktů dochází ke zvětšení stykové plochy, dále pak k pevným spojením - přemísťování částic - ke změně fyzikálních vlastností změnou mikrostruktury v místě spojů i v samotném materiálu. Slinováním se snižuje celková vnější energie soustavy daná velkým měrným povrchem prášku, tato energie je v prášku vynaložena na tvorbu spojení mezi zrny prášku a k jejich vzájemnému pohybu, růstu spojení a zatahování pórů. Projevy slinování je zvýšení pevnosti a snížení pórovitosti materiálu. Proces slinování lze rozdělit v závislosti na čase a vzrůstající teplotě do tří stádií: - první část procesu probíhá za teploty 20 až 40% tavení prášku, tato část procesu je doprovázena jen malými změnami styčných ploch, je charakterizována vlastnostmi blízkými vlastnostem před slinováním. - při dalším nárůstu teploty dochází k redukci oxidů, což má za následek zvýšení počtu kovových styků. Začíná docházet k tvorbě krčků v místě kovových styků. - další nárůst teploty je doprovázen zvýšenou pohyblivosti atomů, zrychluje se tvorba krčků, difůze probíhá ve všech formách, dochází k zaoblování pórů. Toto stádium je doprovázeno největším smršťováním součásti v závislosti na počáteční pórovitosti.
27
3.1
Slinování prášku jednoho prvku. V kovových materiálech probíhá pohyb materiálu při spékání vždy difůzí.
Rychlost difůze je ovlivněna teplotou a difuzními podmínkami, obsahem dalších prvků nebo fyzikálním působením. Při slinování dochází k růstu velkých zrn na úkor malých. Slinováním lze teoreticky vyrobit i monokrystaly kovů (obr. 15.).
obr.15. Schéma růstu zrn Při spékání jednoho prvku bez kapalné fáze, bez užití tlaku dochází k smršťování a platí
V = f (t , T ) . Experimentálně byla zjištěna závislost smršťování na V0
teplotě (obr. 16.) a závislost na čase (obr. 17.).
obr.16. Závislost smršťování na teplotě
28
obr.17. Závislost smršťování na čase Dosáhnout u slinovaného materiálu pouze slinováním hustotu stejnou jakou má homogenní materiál je velice obtížné. K největším objemovým změnám dochází v první fázi slinování, křivka je nejstrmější, poté už křivka nabírá pozvolný charakter.
3.2
Slinování vícesložkových soustav Při slinování více prvkových soustav dochází v průběhu slinování nejen k difůzi
ale i
k legování
základního
materiálu
ostatními
prvky soustavy.
Slinování
vícesložkových soustav lze rozdělit do dvou hlavních skupin: - s přítomností tekuté fáze - bez přítomnosti tekuté fáze
Bez přítomnosti kapalné fáze Mohou zde nastat tři stavy: - neomezená vzájemná rozpustnost -
v jednosložkových
systémech
dochází
při
slinování k zacelování póru, u více složkových systémů může docházet naopak vlivem vzájemné difůze k nárůstu a tvorbě dalších pórů. - částečná vzájemná rozpustnost
- tvorba pórů a velikost smršťování závisí na
vlastnostech obou prvků soustavy, může docházet k jednostranné difůzi a k tvorbě pórů materiálu difundující a naopak zatahování pórů u materiálu který přijímá. - vzájemná nerozpustnost
S přítomností tekuté fáze Mají lepší slinovatelnost, tedy slinují se rychleji a při nižších teplotách. Dochází zde k difůzi materiálu v tuhém stavu do materiálu v tekutém stavu. Účinkem kapilárních
29
sil se materiálem v kapalném stavu zaplňují póry. Dochází zde však k velkému smršťování při chladnutí soustavy, tuhnutí, nedochází li k němu rovnoměrně jsou vícesložkové soustavy náchylné tvorbě trhlin.
3.3
Vliv různých činitelů na slinování.
Slinovací teplota Při nízké teplotě nelze dosáhnout požadovaných vlastností i při výrazném prodloužení času, nízká teplota při slinování se projevuje především zhoršením houževnatosti. Naopak při vysoké teplotě dochází k růstu zrn, což má za následek ztrátu pevnosti. Dobré tvorby mezičásticových spojení, krčků, lze dosáhnout jen v určitém teplotním rozmezí (obr. 18. B). Póry nelze bez kapalné fáze nebo přítomnosti tlaku slinováním zcela odstranit. Prášky železa se nejčastěji slinují při teplotách 1100 až 1300 °C.
obr.18. Závislost vlastností na slinovací teplotě
Čas slinování Při stálé teplotě dochází ze začátku k prudkému zlepšení mechanických vlastností, tento růst ale rychle ztrácí na tempu čím více se přibližuje potencionálně dosažitelným vlastnostem tak ztrácí na intenzitě. Prášky železa se obvykle slinují od 30 do 240 min. Čas slinování je závislý především na velikosti a tvaru prášku, jemné prášky se slinují rychleji. Při delším času slinování dochází k zhoršen mechanických vlastností v důsledku hrubnutí zrna. Naopak 30
při krátkém časovém období nedojde k dostatečnému spojení částeček prášku, v matriálu zůstane množství mikroporů.
Rychlost ohřevu a ochlazení Rychlost ohřevu je závislá na velikosti a tvaru slinovaného výrobku, na velikosti a tvaru prášku, na množství nečistot. U velkých výrobků je třeba volit rychlost nižší, mohlo by dojít k tvorbě trhlin. S rostoucím množstvím nečistot musí dojít ke snížení rychlosti ohřevu, například u oxidů při ohřevu v ochranné atmosféře musí proběhnout jejich redukce. Dále je například potřeba vypálit mazivo užité při slinování. Rychlost ochlazení je naopak dána množstvím uhlíku a ostatních legujících prvků. Rychlost chlazení má zásadní vliv na tvrdost, na ostatní fyzikální vlastnosti nemá téměř vliv. Rychlostí chlazení lze nahradit pozdějším tepelným zpracováním.
Ochranná atmosféra Většina kovů oxiduje, se stoupající teplotou rychlost oxidace stoupá, dochází k tvorbě okují. Navíc se po ochranné atmosféře požaduje redukce oxidů, již vzniklých na prášku. Pro ochranou atmosféru ocelových prášků se volí například vodík, štěpený
čpavek, nebo inertní plyny jako je argon nebo dusík. V nejlepším případě je kompletní výroba prováděna ve vakuu. U uhlíkových práškových ocelí je třeba volit ochrannou atmosféru s řízeným obsahem uhlíku, aby nemohlo dojít k nauhličení ani oduhličení slinovaného materiálu.
31
4.
Užití práškové metalurgie, hlavní výhody a nevýhody: Prášková metalurgie se dnes užívá v celé řadě odvětví. Lze jí vyrobit materiály
se specifickými vlastnostmi. Oceli vyrobené práškovou metalurgií se dnes užívají například pro: - výrobu různých druhů nástrojů - jako konstrukční oceli, u kterých je požadována vysoká korozivzdornost - jako kluzné materiály s velkou porézností, samomazná ložiska atd. - filtry - magnety
4.1
Výhody:
- výroba složitých tvarů ve velkých sériích Výroba polotovarů je prováděna lisováním do forem, prášek je ve formě uzavřen podobně jako u zápustkové kování, odpadá potřeba kanálků přídavků materiálu jako u lití - nižší energetická náročnost výroby při lisování není potřeba dosáhnout teploty tavení, tím pádem menší tepelná náročnost, tato výhoda je sporný, u prášku vyrobených rozstřikem stejně musíme kov roztavit - úspora materiálu při výrobě polotovary, již bylo uvedeno již mají tvar budoucího výrobku, tedy snižuje se potřeba budoucího obrábění (obr. 19.)
32
obr.19. Porovnání výroby ozubeného kola konvenčními metodami a práškovou metalurgií
- možnost výroby dvoufázových materiálů - homogenní struktura
4.2
Nevýhody:
- cena prášku způsobená náročností jeho výroby, požadavky na čistotu a v neposlední
řadě i jeho chemickým složením.
5.
Crucible materials corporation – výrobci práškových ocelí Příklad výroby práškové oceli pro kvalitní řezné nástroje je soustředěn například
u firmy CPM (Crucible particle metallurgy – Crucible částicová metalurgie), která vyrábí vysoko výkonné nástrojové a rychlořezné oceli. Prvními produkty Crucible speciální kovové divize jsou materiály mimořádné kvality se speciálními vlastnostmi. Proces výroby CPM oceli zahrnuje plynné rozprašování předlegované roztavené oceli na prach, který je pak izostaticky lisován do 100 % CPM oceli. Tento zvláštní proces vytvoří slitiny s jedinečnými, nadprůměrnými vlastnostmi, které nemohou být vyrobené konvenčními způsoby výroby oceli. Při téměř každé aplikaci ocelí získaných CPM je lepší korozivzdornost, houževnatost a otěru vzdornost. Navíc má CPM nástrojová ocel extrémně jemné a rovnoměrně rozložené karbidy, což způsobuje stálost tvrdosti a houževnatosti v širším rozsahu teplot. To umožňuje vyšší řezné rychlosti, které jsou u 33
ocelí vyrobených konvenčními metodami nedosažitelné díky nadměrnému zahřívání, při kterém dochází k tepelnému ovlivnění materiálu. Od zavedení CPM technologií v 1970 Crucible vyrábí množství druhů rychlořezných a nástrojových ocelí.
ocel vyrobená konvenční technologií
ocel vyrobená práškovou metalurgií
obr.20. Metalografický výbrus oceli vyrobené konvenčními metodami a metalografický výbrus oceli vyrobené práškovou metalurgií – dle prospektu CPM. Embargo na výrobní tajemství i nadále platí u firem (Hitachi, Seki Japan apod.), které patří k absolutní špičce a využívají nemožnost chemické analýzy u těchto materiálů vzhledem na jemnou disperzi karbidů. Jedná se hlavně o obsahy vanadu a Wolframu. Pro příklad ocel ZDP-189, jedná se o nerezovou ocel vyrobenou práškovou metalurgií firmou Hitachi Metals. Přesné složení oceli firma úzkostlivě tají, uvádí 3%C a 20% Cr, Mo, W, ale jejich poměr není přesně určen. Na metalografickém výbrusu nelze přesně určit, vzhledem k extrémně jemné mikrostruktůře.
5.1
Otěru vzdorné nástrojové oceli Jdou-li vyrobit CPM technologií slitiny, které jsou odolné při vyšších teplotách
vznikajících při vyšších řezných rychlostech, lze vyrobit i slitiny, které vykazují při 34
normálních teplotách vysokou odolnost proti opotřebení. Na odolnost proti opotřebení má největší vliv především tepelné zpracování a druh karbidů v mikrostruktuře. Při stejné tvrdosti například vykazuje ocel D2 větší otěru vzdornost než ocel A2, což způsobuje, že ocel D2 obsahuje více karbidu chrómu než ocel A2. Nejtvrdší, tedy nejčastěji vyžívané druhy karbidů jsou karbidy vanadu. Nástrojové oceli pracující v normálních teplotách, jež mají velkou otěru vzdornost obsahují většinou vysoký podíl karbidů vanadu. Za nejlepší rychlořezné oceli jsou považovány M4 (4%V) a T15 (5%V), jejichž vysoká otěruvzdornost je výhodná nejen při vysokých řezných rychlostech, ale i při výrobě ostatních nástrojů. V nástrojových rychlořezných ocelích vyrobených konvenční metodou je také hodně vanadu jako například u A7 a D7. Hlavní výhodou CPM technologií je možnost dosáhnout vysokých stupňů legování v rámci velmi malých zrn. Umožňuje to dosahovat vyšších obsahů vanadu v ocelích než jsme schopni dosáhnout konvenčními metodami výroby. Tohoto aspektu se rozhodli využít inženýři v Crucible a vyvinuli ocel s označením CPM 10V, jež je určená pro práci v normálních teplotách, při čemž nabízí vynikající odolnost proti opotřebení při zachování dobré houževnatosti. V posledních letech, kdy byla zavedena, se ocel CPM 10V stala stálicí mezi ocelí užívanou v nejnáročnějších provozních podmínkách. Na základě oceli CPM 10V Crucible vyvinulo celou řadu ocelí, lišících se od sebe obsahem vanadu, jež Crucible nazvalo řada „Killer V“. Do řady „Killer V“ dnes patří oceli CPM 3V, 9V, 10V, 15V a CPM M4HCHS která má 4%V. Třída ocelí „Killer V“ nabízí kombinaci tvrdosti s houževnatostí, což zaručuje vysokou odolnost proti opotřebení. Například CPM 10V má čtyřikrát vyšší odolnost proti opotřebení než nástrojová ocel D2, při čemž CPM 15V má ještě o 50% lepší vlastnosti než CPM 10V, což zaručuje oceli CPM 15V prvenství mezi ocelemi co se týče odolnosti proti opotřebení, bez nebezpečí křehnutí a svou tvrdostí dosahuje téměř tvrdost karbidů. Poslední novinkou ve třídě „killer V“ je ocel CPM 3V, která má tvrdost sice „pouhých“ 58/60 HRC, ale při vysoké houževnatosti (srovnatelné s ocelí S7), má vyšší odolnosti proti opotřebení než má ocel D2. Oceli D2, A2, M4 atd. jsou názvy nástrojových ocelí, jež jsou běžně užívané v praxi.
5.2
Rychlořezné CPM oceli Rychlořezné oceli jsou většinou slitiny W, Mo, V, Co. Jedná se o oceli
podobného složení jako oceli ložiskové, které ovšem musí při své pracovní činnosti odolávat vysokým pracovním teplotám, vznikajícím při řezání jiných materiálů. Jedná o 35
teploty dosahující 500°C, jež nejsou dosahovány v celém průřez u materiálu a závisí na vnějších řezných podmínkách. Pro schopnost funkce v těchto provozních podmínkách musí mít všechny rychlořezné oceli tyto vlastnosti: - vysoká tvrdost oceli, obvykle minimálně 63 HRC, obvykle se ale používá 64 až 68 HRC. - vysoký obsah uhlíku a prvků, které zvyšují sekundární tvrdost, jako jsou W a Mo. - vysoká tvrdost při vyšších teplotách: - schopnost uchovat si pevnost při krátkodobém, náhlém zvýšení teploty - schopnost odolávat dlouhodobějšímu působení vyšších teplot. - vysoká odolnost proti opotřebení a schopnost dlouhodobě držet hranu ostří při řezání. - schopnost odolat otěru povrchu i při vysoké rychlosti řezání. -
dostatečná
houževnatost
z důvodů
vzniku
křehkých
lomů,
vzhledem
k nerovnoměrnosti zatížení při řezání, jako začátek nové třísky (rázy).
CPM oceli nabízí zvýšenou odolnost proti opotřebení, jinými slovy vyšší tvrdost při zachování dostatečné houževnatosti. Tato neuvěřitelná kombinace zaručuje vysokou životnost nástrojů vyrobených z těchto materiálů. Jedná se o nejlepší rychlořezné oceli které jsou v současné době na trhu k dispozici.
5.3
Nerezové oceli Pro podmínky, ve kterých není vyžadována jen odolnost proti opotřebení,
vysoká tvrdost nebo houževnatost, ale i vysoká korozivzdornost byla vyvinuta řada korozivzdorných ocelí. Tyto oceli se hodí například pro čepele nožů nebo na výrobu hlavní pušek apod. Jako zástupce můžeme uvést ocel CPM S30V. Jedná se o martenzitickou nerezovou ocel s dobrou odolností proti opotřebení, houževnatostí a korozivzdorností. Ocel obsahuje vysoké množství uhlíku (1,45%), chromu (14%), vanadu (4%) a molybdenu (2%). Ocel má vyšší tvrdost než ocel D2 a vyšší odolnost proti opotřebení než 440C.
36
6.
Závěr: V práci jsem se zabýval práškovou metalurgií, stručně jsem popsal vybrané
metody výroby a zpracování prášku. Zaměřil jsem se především na prášky železných kovů a jejich slitin. Hlavním problémem při výrobě nástrojů je poměr mezi tvrdostí a houževnatostí (křehkostí) a pevnosti. Prášková metalurgie dosahuje podle dostupných informací nejlepší výsledky v tomto oboru lidské činnosti, podle grafů publikovaných na stránkách firmy Crucible CPM ocel několikanásobně převyšuje vlastnosti ocelí vyrobených konvenčním způsobem výroby. V oblasti otěruvzdornosti, trvanlivosti ostří i tvrdosti a houževnatosti. Práškovou metalurgií lze vyrobit chemicky přesné slitiny více prvků, jež jsou v tuhém roztoku rovnoměrně promíseny s velmi jemným zrnem, které je pro řezné vlastnosti výhodné. (disperze zrn) Jako v jakékoliv jiné činnosti souvisící se zpracováním kovů je největším nepřítelem oxidace, která nám snižuje kvalitu vyrobených materiálů, dochází díky ní k nedokonalému spojení částic, tvorbě trhlin a pórů. Je tedy velkou výhodou výroba materiálu v ochranné atmosféře nebo ve vakuu. Uvedené vlastnosti CPM ocelí byli převzaty ze zveřejněných materiálů firmy Crucible, která je jako jediná zpřístupnila odborné veřejnosti. Jejich ověření a zhodnocení by se mělo promítnout spolu s ekonomickými aspekty v diplomové práci která by měla ratifikovat teoretické poznatky o vlivu atomizace, disperze i procesů pseudoplastické metalurgie na užitné vlastnosti řezných a nástrojových ocelí. K ověření bude použito měření mikrotvrdosti, otěruvzdornosti a rozboru strukturních podmínek metodami strukturní analýzy. Výsledky umožní snažší orientaci při praktickém využití těchto materiálů budoucnosti v praxi.
37
Literatura: Havalda, A.: Prášková metalurgia, STU, Bratislava, 2000 Petruželka, J.: Nekonvenční metody tváření, Vysoká škola báňská, dostupné na: http://www.345.vsb.cz/jiripetruzelka/Texty/Nekonvencni%20metody%20tvareni%2020 07.pdf Ateam, Prášková metalurgie.pdf, dostupné na: http://www.ateam.zcu.cz/praskova_metalurgie.pdf Technická univerzita Liberec, Technologie tváření práškových kovů, dostupné na: http://www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tkp/sekce/12.htm internetové stránky: http://www.crucible.com/ http://www.noze-nuz.com
Seznam obrázků: obr. 1. Kuličkový vibrační mlýn .................................................................................. 9 obr. 2. Mlýn tipu Attritor............................................................................................ 10 obr. 3. Schéma rozprašování tekutého kovu .............................................................. 11 obr. 4. Rozprášení kovu tlakovou vodou ................................................................... 12 obr. 5. Rozprašování kovu inertním plynem .............................................................. 13 obr. 6. Schéma rozprašování kovu ve vakuu.............................................................. 14 obr. 7. Tavení s rotující elektrodou ............................................................................ 15 obr. 8. Schéma redukční pece .................................................................................... 16 obr. 9. Velikost dutin mezi zrny při různé velikosti zrn............................................. 17 obr.10. Obr. závislosti lisovacího tlaku na hustotě výlisku......................................... 18 obr.11. a) vertikální válcování b) Horizontální válcování ........................................ 20 obr.12. Válcovací stolice............................................................................................. 20 obr.13. Schéma zpracování prášku kováním, způsob B.............................................. 22 obr.14. Uzavřený cyklus kování práškového kovu. .................................................... 23 obr.15. Schéma růstu zrn............................................................................................. 28 obr.16. Závislost smršťování na teplotě ...................................................................... 28 obr.17. Závislost smršťování na čase .......................................................................... 29 obr.18. Závislost vlastností na slinovací teplotě ......................................................... 30 obr.19. Porovnání výroby ozubeného kola konvenčními metodami a práškovou metalurgií ................................................................................................................ 33 obr.20. Metalografický výbrus oceli vyrobené konvenčními metodami a metalografický výbrus oceli vyrobené práškovou metalurgií – dle prospektu CPM. 34 38
39
