Powder Metallurgy

Этот учебник написан прежде всего для студентов бакалавриата и магистратуры по металлургии и материаловедению, чтобы дать им представление о развивающейся технологии порошковой металлургии как об альтернативном пути по отношению к традиционной обработке металлов.

Он также будет полезен студентам, изучающим материаловедение, машиностроение и производственную инженерию, чтобы понять и оценить значение порошковой металлургии как эффективного и экономически выгодного способа обработки материалов для получения разнообразной продукции инженерных отраслей. Книга позволит студентам, а также практикующим инженерам понять и применять науку и технологию производства и обработки порошков и выбирать правильный метод для имеющейся задачи.

Различные методы производства порошков и универсальность этих методов при получении широкого диапазона порошков показаны на подходящих примерах. Характеризация порошков и последующие методы прессования рассмотрены с должным учётом конечного применения. Разобраны новые методы консолидации для передовых применений. Подробно рассмотрены спекание прессовок и механизмы, участвующие в спекании.

Книга охватывает большинство недавних разработок в порошковой металлургии, таких как распыление, механическое легирование, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, литьё металлических порошков под давлением и горячее изостатическое прессование. В конце каждой главы даны вопросы и задачи. Для быстрого обращения также включён глоссарий относящихся к порошковой металлургии терминов.

Порошковая металлургия — древняя технология обработки материалов, более древняя, чем процессы плавления и литья. Этот путь позволял восстанавливать руды в твёрдом состоянии и придавать им требуемые формы и размеры, когда энергии для плавления и обработки не было. Эта технология продолжает оставаться востребованной и сегодня, несмотря на нашу способность получать очень высокие температуры и требуемые атмосферы. У порошковой металлургии много привлекательных сторон. Для обработки и формообразования требуется меньше энергии, и в разных участках одной детали можно создавать требуемые свойства, соответствующие эксплуатационным требованиям. Первоначальное ограничение, состоявшее в невозможности достичь теоретической плотности, преодолено.

Благодаря различным видам обработки после спекания и доступности спекания под давлением стало возможным управлять пористостью и при необходимости сохранять её в требуемой величине. Такая настройка свойств и точное формообразование изделий являются большими преимуществами и сделали возможным крупносерийное конвейерное производство деталей, отвечающих строгим требованиям к свойствам.

В изготовлении изделий методом порошковой металлургии есть четыре основные стадии: получение порошка, прессование заготовок, спекание до требуемой плотности и операции после спекания, превращающие заготовку в конечное изделие. Каждая из этих стадий жизненно важна для успеха изделия, и все они требуют понимания лежащих в их основе научных принципов.

Доктор Питер Анджело — выдающийся материаловед, за плечами которого десятилетия выдающегося научного вклада. Помимо того что он хороший исследователь, он также хороший преподаватель, и это отражено в данной книге, где знания и мастерство изложения синергетически соединяются. Его соавтор в этом начинании, доктор Р. Субраманиан, — известный и выдающийся преподаватель материаловедения. Его знания материаловедения и преподавательский опыт сделали сотрудничество авторов плодотворным. Ясно рассмотрены все стадии порошковой металлургии, а также несколько новых областей, приобретающих заметное значение.

Эта книга будет полезна всем студентам, изучающим материаловедение и инженерию, а также практикам. ПМ, как ласково называют порошковую металлургию, поддерживает растущую отрасль, перед которой стоит множество новых вызовов. Как интегрировать наноматериалы в заготовки так, чтобы наночастицы не утратили своих уникальных свойств? Как производить композиционные материалы так, чтобы волокна не теряли форму и свойства? В этой области есть ещё много подобных вопросов без ответа.

Эта книга, написанная докторами Анджело и Субраманианом, предоставляет превосходную основу для проведения исследований и разработок в области ПМ. Я полагаю, что именно это было желаемой целью авторов при подготовке книги, и желаю, чтобы она оправдала их ожидания.

В. С. Аруначала́м Бывший научный советник министра обороны Председатель Центра изучения науки, технологии и политики Бангалор

Эта книга «Порошковая металлургия: наука, технология и применения» призвана дать студентам бакалавриата и магистратуры по металлургической инженерии, инженерному материаловедению, производственной и механической инженерии основные сведения о развивающейся области порошковой металлургии. Задуманная прежде всего как учебник, она представляет науку, технологию и применения порошковой металлургии (ПМ) так, чтобы показать значение ПМ как эффективного метода обработки металлов, который можно с выгодой использовать для производства разнообразных изделий инженерного назначения, применяя порошки различных металлов как исходный материал. Показаны новые применения технологии ПМ в автомобильной, оборонной и ядерной промышленности, а также в производстве подшипников, передовых магнитных материалов и электрических контактов, чтобы продемонстрировать возможности ПМ как альтернативного пути по отношению к традиционной обработке металлов.

Книга разделена на десять глав. Первая глава посвящена истории порошковой металлургии и раскрывает преимущества и ограничения этой технологии. Получение металлических порошков микронного, субмикронного и наноразмера механическими, физическими, химическими и электрохимическими методами подробно описано во второй главе. Третья глава объясняет методы обращения с металлическими порошками, тогда как четвёртая, посвящённая характеризации металлических порошков, описывает различные методы оценки размера и формы частиц, микроструктуры, плотности, скорости течения и удельной поверхности, а также обсуждает влияние этих характеристик на прессуемость и уплотняемость порошков. Пятая глава о прессовании порошков посвящена холодной консолидации металлических порошков различными процессами, такими как прессование без давления, прессование в матрице, изостатическое прессование и прокатка порошка. В шестой главе обсуждаются различные высокотемпературные деформационные процессы, такие как горячее прессование, спекание с ковкой, горячая прокатка и горячее изотропное прессование. Седьмая глава о спекании показывает различные методы спекания: твердофазное, жидкофазное, активированное и реакционное — вместе с обсуждением механизмов спекания. В этой же главе показаны особенности печей для спекания и атмосфер, используемых при получении изделий порошковой металлургии.

Операции после спекания, такие как чеканка, калибрование, пропитка маслом, термическая обработка, и различные процессы обработки, такие как цементация и «riding» в применении к изделиям порошковой металлургии, обсуждаются в восьмой главе об отделочных операциях. Различные порошково-металлургические изделия инженерного назначения подробно рассмотрены в девятой главе. В их число входят самосмазывающиеся подшипники, инструментальные материалы, фрикционные материалы, электротехнические материалы, керметы и дисперсионно-упрочнённые материалы. Недавние разработки в порошковой металлургии, такие как распыление, механическое легирование, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, литьё металлических порошков под давлением и микроволновое спекание металлов, рассматриваются в последней главе. Приложение с глоссарием терминов в области порошковой металлургии включено для ознакомления студентов с определениями, необходимыми для понимания предмета.

Мы хотим выразить признательность компании PRICOL, Коимбатур, за разрешение использовать ряд фотографий оборудования, установленного на её предприятии порошковой металлургии. Мы также благодарим наши семьи и коллег из PSG College of Technology за их терпеливое понимание во время подготовки рукописи.

Авторы искренне надеются, что студенческое и преподавательское сообщество поддержит наши усилия. Мы будем благодарны за любую конструктивную критику, способную улучшить содержание книги.

П. К. Анджело Р. Субраманиан