Menu Zavrieť

Prášková metalurgia je používaná od 20-tych rokov 19. storočia k produkcii širokej škály komplikovaných PM komponentov, samomazných ložísk a strihacie náradia.

Zahŕňa výrobu kovových výrobkov z práškov vo forme spekaním (sintering). Aj z tohto dôvodu sa produkty označujú ako spečené (sintrované) alebo PM súčiastky. 

PM proces zahŕňa lisovanie prášku s cieľom vytvoriť produkt s dostatočnou kohéziou a následné zohriatie produktu, zvyčajne v ochrannej atmosfére, pri teplote pod bodom topenia základnej zložky. Počas tohto procesu sú samostatné častice zvarené dokopy.

história Práškovej metalurgie

Postupy a technológie, ktoré mali znaky práškovej metalurgie (PM), boli známe už v dávnej minulosti.

Napríklad 3000 rokov p. Kr. sa v Egypte používalo práškové železo, ktoré slúžilo ako materiál pri výrobe nástrojov. 2500 rokov p. Kr. sa technológie práškovej metalurgie používali v Perzii a 1200 rokov p. Kr. využívali PM technológiu na spracovanie platiny. 

Začiatok 19. storočia so sebou priniesol výraznejšie uplatnenie technológie PM v komerčnej sfére. Jednalo sa najmä o zavedenie platinových mincí v cárskom Rusku. Technický rozkvet, spolu s aplikáciou nových produkčných metód na začiatku 20. storočia, priniesol aj výrobu wolfrámových vlákien do žiaroviek T.A. Edisona.

Obdobie 2. svetovej vojny prinieslo predovšetkým sériovú veľkovýrobu pre strojové súčiastky z práškovej ocele, ktorá bola impregnovaná parafínom. V tomto spôsobe sa prejavovala najmä ekonomická výhodnosť PM technológie v rámci sériovej výroby. Po 2. svetovej vojne, začiatkom 50. rokov 20. storočia, v PM prevažovali predovšetkým medené prášky. Zvýšená produkcia súčiastok, ako boli prevodovky a vačkové hriadele v automobilovom priemysle spôsobili, že sa medené prášky stali prevládajúcim materiálom tohoto spôsobu výroby. Koniec 2. svetovej vojny znamenal rozvoj PM technológie predovšetkým v oblasti leteckého a nukleárneho priemyslu. Výrazné zvýšenie produkcie a zlepšenie kvality spekaných dielov nastalo v 60. rokoch 20. storočia. V 70. rokoch sa rozšírilo portfólio ponúkaných výrobkov a v 80. rokoch nastal komerčný boom pre súčiastky a výrobky produkované solidfikáciou a injekčným tvárnených z kovových práškov.

V súčasnosti je najväčším odberateľom PM súčiastok automobilový priemysel, ktorý ich spotrebuje okolo 70%. Spotreba PM súčiastok v priemernom európskom a japonskom aute je okolo 10 kg/auto, v americkom aute je to okolo 20kg/auto. Jedná sa napríklad o reťazové koleso, rozvodovú remenicu, vačkový hriadeľ, ozubené koleso kľukového hriadeľa, časti ventilov, komponenty olejového čerpadla, jadro synchronizačnej spojky, súčiastky tlmiča pruženia, kolieska čerpadla servoriadenia, blokovacie vložky brzdového systému, súčiastky elektosystému a mnoho iných.

(ZdrojBidulský R. – Bidulská J.: Technológie spracovania materiálov na báze práškovej metalurgie, s. 1-8.)

proces

Základný proces zahŕňa nasledujúce kroky:

1) Prášok alebo prášky sú zmixované dokopy s vhodným mazivom.  

2) Mix práškov je naplnený do formy a následne naň pôsobí tlaková sila. Toto poskytuje vylisovanej súčiastke dostatočnú kohéziu, aby bola manipulácia s ňou bezproblémová a súčiastka pokračovala v rámci procesu k ďalšiemu kroku. Vylisované súčiastky sa označujú ako „green parts“, čo znamená, že sú nespečené („green“ hustota a „green“ pevnosť). 

3) Zahriatie výlisku, ktoré zvyčajne prebieha v ochrannej atmosfére pri teplote pod bodom topenia. V tejto fáze sú jednotlivé častice prášku spečené dokopy, čo dáva súčiastke dostatočnú pevnosť. Tento proces sa označuje ako sintering a takto spracované diely sa označujú ako spečené súčiastky.

Prvou operáciou PM technológie je lisovanie, pri ktorej sa zmes práškov zlisuje do požadovaného tvaru a vznikne výlisok. Aby výlisok získal pevnosť a požadované vlastnosti, musí prejsť spekaním. Spekanie (sintering) je proces, pri ktorom sa zrnká kovového prachu zohrievajú takmer na teplotu tavenia. Týmto procesom sa následne zlepia dokopy, podobne ako pri zváraní.

V prípade potreby nasledujú sekundárne operácie. Ak sa tvar nedá dosiahnuť iba lisovaním vo vertikálnom smere, výrobok je možné dokončiť konvenčnými technológiami ako sú:

  • sústruženie,
  • frézovanie,
  • vŕtanie bočných otvorov,
  • rezanie závitov.

Sekundárne operácie 

Spoločnosť disponuje modernými švajčiarskymi linkami na kalenie, cementovanie, nitrocementovanienitridáciu svojich výrobkov. Na sintrovaných dieloch je možné vykonať všetky druhy tepelného spracovania, tak ako aj uplatniť všetky druhy povrchových úprav, rovnako ako na konvenčných materiáloch, s ohľadom na ich špecifiká. 

Kalibrácia zvyšuje hustotu, presnosť a zlepšuje povrch súčiastky. Obrábanie nastupuje pri potrebe narezať závit, vybrúsiť presný rozmer a i. Jednou z výhod PM technológie je, že umožňuje pospájať viacero súčiastok do jedného výrobku počas procesu spekania, pri minimálnych dodatočných nákladoch. Navyše, PM výrobky môžu byť kalenécementované alebo černené, teda akokoľvek tepelné spracované.

Neprekonateľnou výhodou PM výrobkov je aj ich pórovitosť. Póry môžeme nasýtiť olejom, živicou alebo iným kovom, ako je daná súčiastka, s ohľadom na cieľ, ktorý chceme dosiahnuť a zároveň s ohľadom na aplikáciu súčiastky. Týmto spôsobom je možné vyrobiť samomazné ložiská, ktoré získajú celoživotnú zásobu mazív, bez akejkoľvek údržby, alebo strieborné kontakty bez toho, aby sa minulo striebro na celú súčiastku. Taktiež existuje možnosť naplniť diely z mäkkého kovu iným kovom a týmto spôsobom získať súčiastku s tvrdosťou ako po kalení. Aj napriek pórovitosti je možné tieto súčiastky galvanicky povlakovať a aplikovať všetky druhy povlakov, tak ako pri konvenčných materiáloch (Zn, Cr, Ni a ich kombinácie). 

Spekanie umožňuje spájať niekoľko výrobkov do jedného (brazing), bez dodatočných nákladov na letovanie. 

výhody

Existujú dva základné dôvody, prečo je prášková metalurgia výhodná:

  1. šetrenie nákladov pri porovnaní s alternatívnymi metódami,
  2. unikátne vlastnosti, ktoré sú dosiahnuteľné iba procesom práškovej metalurgie. 

Šetrenie nákladov je hnacou silou štrukturálnych súčiastok, pórovitých materiálov, kompozitných materiálov, magnetických komponentov alebo špeciálnych zliatin. 
Benefity práškovej metalurgie sú okrem vyššie uvedených aj:

  • obrovské úspory,
  • flexibilita kompozícií, ktoré nie je možné vyrobiť ostatnými metódami, napr. kovy, dvojkovové kombinácie atď.,
  • v mnohých prípadoch nie sú potrebné žiadne sekundárne operácie,
  • surové materiály sú ľahko získateľné a z pohľadu ceny sú relatívne málo nákladné,
  • opakovateľnosť výroby, konzistentné vlastnosti a rozmery súčiastok,
  • počet sekundárnych operácií na dokončenie súčiastky je menší, pri porovnaní s inými technológiami,
  • kontrolovaná pórovitosť, možnosť nasýtiť póry ostatnými materiálmi,
  • proces práškovej metalurgie neprodukuje takmer žiadny odpad,
  • súčiastky sa vyznačujú excelentnou odolnosťou proti opotrebeniu a oteru,
  • PM technológia umožňuje vyrábať geometrie, ktoré nie je možné dosiahnuť obrábaním a pod.,
  • súčiastky majú dobrú chemickú rovnorodosť,
  • touto technológiou môžu byť vyrábané magnetické komponenty.

Sintrované komponenty sú charakterizované, ako najlepšie využiteľný surový materiál s najmenšou spotrebou energie.