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La métallurgie des poudres
Les phases du procédé de la métallurgie des poudres de rhodium: l'obtention de poudres (à gauche), compact (centre) et du rhodium fritté (à droite).

Avec l'expression métallurgie des poudres Il indique la séquence des opérations qui conduisent à un compactage et à la transformation d'un matière pulvirulento métallique dans un matériau indivisible.[1]

Les opérations qui sont réalisées à cet effet sont, dans l'ordre:

  • réduction du matériau en poudre
  • conditionnement de poudre
  • frittage à haute pression et température ou pressage et de formage (à température ambiante) et frittage subséquent à haute température.

histoire

La métallurgie des poudres
Exemple de four métallurgique pour le frittage d'un matériau ferreux (1895).

Les premières applications du procédé de frittage peuvent être associés à la production de produits céramiques pendant la préhistoire.[2]

En 3000 avant JC la date de retour au premier fer fritté, produit en Inde et en Egypte.[3]

Plus récemment, ce processus a été étendu dans le domaine des matériaux métalliques. Dans le cas de l'acier, le frittage a été réalisé avec la réduction du charbon les dépôts d'acier oxydé préalablement à l'état pâteux; De cette façon, la réduction avec des impuretés éliminées du charbon permettant alors la compression et le forgeage dans le but d'obtenir un compact ensemble.

Il remonte à 1822 en France la production de lingots de platine à partir de poudres de ce métal.[3] De la même décennie cette technique a été progressivement améliorées et, en 1830, le processus de frittage a été appliqué à une large gamme de matériaux métalliques.[3]

La technique de frittage a été appliquée avec succès autour de la seconde moitié du vingtième siècle pour la production de filaments de tungstène,[3] ouvrant la voie à la production de matières premières lampes à incandescence.

Au début du XXe siècle, la métallurgie des poudres a été appliquée pour la production de filtres en matériau métallique fritté.[3] En 1915, il a également obtenu les premières matrices à travers le frittage des carbures de tungstène et de molybdène et, en 1922, le Krupp démarrer la production de carbure de tungstène avec le procédé de cobalt dans la phase liquide. Toujours dans les années ils ont commencé à créer des matériaux par frittage destiné à remplir la fonction de contacts électriques.

Au cours des décennies suivantes, le frittage a également été appliquée à la production de aimants, embrayages magnétiques, dans des paliers en bronze poreux lubrifiées et des lames pour turbines à gaz.[4]

L'obtention de poudres

Les poudres peuvent être obtenues par des procédés chimiques, physico-chimique et mécanique.[5][6]

Au niveau des quantités annuelles produites, le processus le plus important est l'atomisation de l'eau aux poudres ferreux par pressage à froid. A partir de milieu des années 60 des années 1900, il a remplacé la réduction directe du minerai (processus Höganäs pour éponge de fer) et l'électrolyse avec une réduction considérable des coûts de production, tout en conservant de bonnes caractéristiques de compressibilité et la force verte. L'atomisation de gaz est nécessaire pour les métaux hautement réactifs tels que le titane, les superalliages, aciers spéciaux, etc. qui ne sont pas alors pour les formats de compactage. Les processus chimiques sont de première importance pour les matériaux à haut point de fusion (par exemple. Tungstène), lorsque vous souhaitez obtenir la taille des particules extrêmement fines (D<10 µm) quando è desiderabile una forma altamente irregolare e dendritica. I processi meccanici sono utilizzati per comminuire soltanto metalli molto fragili (es. bismuto) e ossidi, in quanto molto poco efficienti dal punto di vista energetico. Molto più versatili sono le applicazioni in cui si mira a ridurre la dimensioni di una polvere preesistente, alterarne la forma, alligarla meccanicamente o miscelarla con altre poveri.[5][7]

Les procédés mécaniques sont obtenues par broyage d'un matériau cassant avec des marteaux de contenu dans rotation culbuteurs avec des sphères ou pulvérisation en utilisant des couteaux rotatifs de bavures de matière fondue.

En ce qui concerne les processus physico-chimiques, ils sont obtenus de différentes façons:

  • à partir de bains de sérum physiologique pour une action électrolytique où bosse effet est obtenu pour la poussière qui avait préalablement déposé sous la forme spongieuse, puis séché:
  • à travers un jet de gaz inerte massif qui atomise une bave de matière fondue
  • par 'hydrogène haute pression qui réduit les oxydes
  • par le monoxyde de carbone haute pression qui dissocie les composés carbonés volatils fer ou nickel
  • à travers un scintillement électrique
  • par le processus d'oxydation des copeaux finement broyés en poudre impalpable à son tour soumis à une réduction
  • à travers une torche à plasma qui vaporise la matière et de la condensation sous vide.[4]

Forme et dimensions des grains de poussière

La métallurgie des poudres
poudre de fer.

La forme et la taille des grains est différente en fonction du type de procédé utilisé.

Ils identifient des formes de grains sphériques, lamellaire ou polyédrique.

La taille des grains pauvres utilisés pour le procédé de frittage oscille généralement autour de 0,1 à 100 iM.[8] En général, en fonction de leur taille, les poudres utilisées peuvent être classés en:[9]

  • poudres ultradisperse (UDP): de 0,001 à 0,1 pM
  • des poudres finement dispersées (FDP): 0,1-10 uM
  • poudres dispersées moyenne (ADP): 10-200 pM
  • poudres "large" (C / LDP): 200-1000 microns.

conditionnement de poudre

L'obtention Compact

Le compact est réalisé par:

  • fort pressions imprimée par vibrateurs élevés fréquence, presses ou moulins qui exercent des forces de compression à une distance minimale de 100 N / mm2 et une portée maximale de 1400 N / mm2 en fonction de la densité que l'on souhaite obtenir et la différence de plasticité
  • une arme à feu qui tire la poussière contre une surface fixe ou tournante
  • selon le mode opératoire pour la réalisation du biscuit en morceaux creux, à partir de poudre sédimentée: le liquide de suspension de poudre est absorbée par la région poreuse du moule de façon à obtenir des corps métalliques.
  • avec une explosion dans un réservoir d'eau qui permet une grande densité de contributions en exploitant les hautes pressions impliquées
  • en utilisant les liants en versant des poudres.[4]

fritter

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: frittage.
La métallurgie des poudres
Approche, la croissance et la coalescence des grains cristallins au cours du processus de frittage.

Le procédé de frittage est un traitement thermique qui est mis en oeuvre à une température moins que point de fusion de tous les constituants du mélange (solide frittage à l'état)[10] ou inférieure au point de fusion principale du constituant (le frittage à l'état liquide).[10]

Le produit du frittage a généralement une porosité différentes (plus ou moins[10]) De la poudre à partir de laquelle elle a été obtenue, plus densité[11] et grains cristallins plus.[11] Ces deux dernières caractéristiques des matériaux frittés sont dues à deux mécanismes distincts qui se produisent pendant le processus de frittage, qui sont la « densification »[8] (Ce qui implique l'approche des grains cristallins jusqu'à ce qu'ils fusion) Et la croissance des grains cristallins.[8]

Le frittage permet d'obtenir:

  • des corps frittés à l'aide de la phase liquide: Elles sont obtenues par mélange de deux ou plusieurs poudres de matériaux différents de manière à former un matériau compact. Cette poudre compacte qui fond à une température plus basse est ensuite porté à une température proche du point de fusion du matériau de composant, obtenant ainsi un matériau beaucoup plus tenace et résistant.
  • des organes de forme prédéterminée: Utilisation de poudres comprimées dans un moule pour obtenir un compact qui est ensuite chauffé à une température inférieure à la température de fusion du matériau. Ce faisant, il renforcera l'union entre les grains qui composent la poussière et vous aurez un organe prêt à subir une variété de procédés d'usinage tels que la forgé ou l 'extrusion.

Dans la technologie de frittage classique ou purement thermique ou thermomécanique (ou avec l'aide de pression et haute température) La température qui doit être atteinte pour obtenir le processus de frittage est d'environ 0,7-0,9 fois la température de fusion absolue (ie exprimée en ° K). La procédure consiste dans l'élimination de porosité entre les particules de la poudre de départ, de la croissance des particules, dans la formation des liaisons robustes (cous) entre celui-ci et qui entraîne un retrait dimensionnel des composants. Les propriétés physico-mécaniques de la fritte sont généralement inférieurs à ceux des matériaux compacts[12], mais plus que suffisant pour de nombreuses applications structurelles qui profitent de leur rapport coût-efficacité pour les grandes séries.

applications

Les applications de la métallurgie des poudres (PM) sont innombrables; dessous de la partie, dans l'ordre approximatif des quantités consommées chaque année[13]:

Ferreux Composants structurels: l'industrie automobile représente 70-75% pour des pièces pressées à froid et frittes, principalement dans le moteur à combustion interne et la transmission. Ces pignons, bielles, des bobines, des moyeux et des anneaux synchroniseurs, des sièges et des guides de soupapes, etc. En voiture moyenne européenne nécessite 12 kg de fritté.

aimants permanents: les aimants permanents Nd-Fe-B sont les plus « fortes » (c.-à induction maximale et la magnétisation résiduelle) à aujourd'hui connue. Ils sont utilisés dans les moteurs électriques, disques durs, haut-parleurs amplifiés (haut-parleurs), etc. La production est concentrée en Chine.

carbure: la combinaison de carbure de tungstène (WC) et de cobalt est la base pour les outils de coupe, de perçage et de tournage, ainsi que pour toutes les applications où la résistance à l'usure extrême est requise (par exemple. par des buses d'extrusion). Ils peuvent être frittés ou déposés en tant que revêtement de surface sur le métal, généralement en acier.

Billettes aciers à outils / rapide: les meilleurs aciers à outils sont fabriqués à partir de poudres atomisées au gaz, encapsulé et comprimé isostatiquement à chaud. Le résultat est une fine dispersion de carbures et homogène, ce qui donne des propriétés mécaniques nettement supérieures à celles pouvant être obtenues à partir de moule de coulée ( « jets »). Ces billettes sont ensuite forgées ou usinées à l'outil, afin d'obtenir des moules et des outils.

coussinets auto-lubrifiants: la porosité typique de la fritte est exploitée pour créer une réserve de lubrifiant à l'intérieur des mêmes manchons. L'huile est libéré par action capillaire pendant l'utilisation, lorsque l'arbre d'entraînement commence à tourner, et ensuite réabsorbée. Ils sont utilisés dans presque tous les appareils qui utilisent des moteurs électriques, de l'automobile aux appareils électroménagers.

Composants isostatique à chaud (HIP): cette technologie permet de consolider des pièces uniques jusqu'à 10 tonnes, pour les zones où des propriétés mécaniques élevées sont nécessaires, la résistance à la corrosion et la fiabilité. Des exemples typiques sont: l'huile, l'énergie, l'aérospatiale, l'énergie nucléaire. Les matériaux sont en acier allié (acier inoxydable, ustensiles), Ni-alliages à base de Co et

L'outil de diamant: les poudres de métaux tels que le cobalt, le fer et le bronze sont mélangés avec des diamants synthétiques et fritté, typiquement au moyen d'un pressage à chaud dans un moule en graphite (pressage à chaud). Il y a des segments ainsi obtenus et perles de diamant qui constituent les arêtes de coupe des disques, fraises et fils pour la découpe, le perçage et le polissage de la pierre.

notes

bibliographie

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