Mgr inŜ. Tomasz WIŚNIEWSKI, mgr inŜ. Walerian MAJCHRZAK, mgr inŜ. Dariusz GARBIEC, inŜ. Filip HEYDUK
Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań e-mail: tomasz.wisniewski@inop.poznan.pl
Proces spiekania wyrobów
wykonywanych technologią metalurgii proszków
Sintering process of products made using powder
metallurgy technology
Streszczenie
W artykule przedstawiono charakterystykę procesu spiekania wyprasek z proszków metali i opisano zjawiska fizykochemiczne, które zachodzą w tym procesie oraz warunki, w których przeprowadza się spiekanie. Opisano elektryczne piece do spiekania wyrobów w produkcji mało-, średnio- i wielkoseryjnej. Podano informację o gnieździe badawczym, przeznaczonym do spiekania wyrobów z proszków metali, znajdującym się w Instytu-cie Obróbki Plastycznej w Poznaniu oraz o urządzeniu do wykonywania spieków metodą iskrowego spiekania plazmowego.
Abstract
The article presents the characteristics of the process of sintering metal powder compacts and describes the physical and chemical phenomena that take place during this process as well as the conditions under which sintering is conducted. Electric furnaces for sintering products in small, medium, and large-lot production pro-cesses are described. Information on a testing nest for sintering metal powder products located at the Metal Forming Institute in Poznan and on a device for producing sinters using the spark plasma sintering method is given.
Słowa kluczowe: metalurgia proszków, spiekanie, iskrowe spiekanie plazmowe, piec do spiekania, atmosfera
spiekania
Keywords: powder metallurgy, sintering, spark plasma sintering, sintering furnace, sintering atmosphere
1. WSTĘP
Na świecie, a takŜe w kraju wytwarza się coraz więcej wyrobów metodą metalurgii proszków. Zaletą tej technologii jest moŜliwość seryjnego wykonywania części spiekanych o skomplikowanych kształtach, z duŜą dokład-nością, przy stosunkowo niskich kosztach. Części metalowe wytwarzane tradycyjną meto-dą metalurgii proszków po sprasowaniu w przyrządzie na prasie poddaje się spiekaniu. Celem tych operacji jest uzyskanie Ŝądanych właściwości wyrobu (gęstość, twardość, wy-trzymałość) oraz wymaganych wymiarów wyrobu.
1. INTRODUCTION
More and more products are being manu-factured using the powder metallurgy method all over the world and also in the country. An advantage of this technology is its capabi-lity of highly precise serial production of sin-tered parts with complex shapes at relatively low costs. Metal parts produced by means of the conventional powder metallurgy method are subjected to sintering in a device on the press after pressing. The purpose of these operations is to obtain the desired properties of the product (density, hardness, strength) and the required dimensions of the product.
Wysokie właściwości wytrzymałościowe wyrobu osiąga się stosując po spiekaniu dodat-kowo obróbkę cieplną i obróbkę cieplno-chemiczną [1,2]. Natomiast proces spiekania moŜna przeprowadzić bez nacisku (spiekanie swobodne) lub z zastosowaniem siły zewnętrz-nej (spiekanie pod ciśnieniem).
W Instytucie Obróbki Plastycznej w Po-znaniu prowadzi się badania technologii wy-twarzania części z proszków spiekanych w gnieździe badawczo-doświadczalnym GSPM -75 do badań i analizy procesów spiekania, obróbki cieplno-chemicznej z nawęglaniem i azotonawęglaniem oraz optymalizacji para-metrów technologicznych wykonywanych wy-robów z proszków spiekanych.
2. CHARAKTERYSTYKA PROCESU SPIEKANIA
Spiekanie jest procesem, w którym spra-sowane ziarna proszku przekształcają się w po-rowate ciało stałe o określonych właściwo-ściach mechanicznych.
Proces spiekania polega na wygrzewaniu wypraski, w atmosferze ochronnej lub regulo-wanej w odpowiednio wysokiej temperaturze. Według Polskiej Normy PN-EN ISO 3252 [3] spiekanie jest obróbką cieplną proszku lub kształtki w temperaturze niŜszej od temperatu-ry topnienia głównego składnika celem zwięk-szenia ich wytrzymałości przez metalurgiczne połączenie cząstek. Przy spiekaniu wyprasek jednoskładnikowych stosuje się temperaturę wynoszącą 70÷80% temperatury topnienia da-nego metalu. JeŜeli wykonuje się części z mie-szanin proszkowych wieloskładnikowych to stosuje się takŜe temperaturę spiekania wyŜszą od temperatury topnienia jednego lub kilku składników mieszaniny. Powoduje to roztopie-nie i proces spiekania przebiega z udziałem fazy ciekłej. Korzyścią jest skrócenie czasu spiekania i zwiększenie efektywności procesu.
Spiekanie jest procesem złoŜonym, gdyŜ występuje w nim wiele zjawisk fizycznych i chemicznych [4]. Przebieg i parametry proce-su spiekania zaleŜą od warunków proceproce-su, w tym: struktury i składu chemicznego materiału proszkowego, temperatury, rodzaju
High strength properties of the product are achieved by the additional application of heat treatment and heat and chemical treatment after sintering [1, 2]. However, the sintering process can be conducted without pressure (free sintering) or with the application of an external force (sintering under pressure).
Research on the technology of production using powders sintered in the experimental GSPM-75 research nest for testing and analy-sis of sintering processes, heat and chemical processes with carburization and nitrocarburi-zation, and optimization of technological pa-rameters of products made from sintered pow-ders is being conducted at the Metal Forming Institute in Poznan.
2. CHARACTERISTICS OF THE SINTE-RING PROCESS
Sintering is a process during which pressed powder grains are transformed into a porous solid body with specific mechanical properties.
The sintering process is based on heating of the compact in a protective or regulated atmosphere at an appropriately high tempera-ture. According to Polish Standard PN-EN ISO 3252 [3], sintering is the heat treatment of a powder or mold at a temperature lower than the melting temperature of the main constituent for the purpose of increasing their strength through metallurgic joining of the particles. During the sintering of single-component com-pacts, a temperature being 70÷80% of the melting temperature of a given metal is used. If parts from multi-ingredient powder mixtures are being made, then a sintering perature that is higher than the melting tem-perature of one or several of the mixture ingre-dients is also used. This causes melting and the sintering process occurs with a share of the liquid phase. An advantage of this is a de-crease in the sintering time and an inde-crease in the effectiveness of the process.
Sintering is a complex process because of the fact that many physical and chemical phe-nomena occur during the process [4]. The course and parameters of the sintering process are dependent on the conditions of the process,
atmosfery oraz od urządzenia, w którym prze-prowadza się proces. Efekt procesu spiekania zaleŜy od wielkości i kształtu cząstek uŜytego proszku. Im mniejsze cząstki tym szybciej (w danej temperaturze) następuje proces za-gęszczania i zwiększenia gęstości wyrobu. Pro-szek o nieregularnym kształcie spieka się ła-twiej.
Połączenie cząstek zdefiniowane przez normę PN-EN ISO 3252 jako metalurgiczne połączenie jest wynikiem transportu masy przez dyfuzję objętościową i powierzchniową (po granicach ziaren), płynięcie dyfuzyjne, a takŜe przez parowanie i kondensację [5]. Udział kaŜdego rodzaju dyfuzji w procesie spiekania jest zaleŜny od temperatury i wielko-ści cząstek spiekanego proszku.
W materiale spiekanym występuje zjawi-sko skurczu lub pęcznienia. Proces skurczu moŜna podzielić na dwa etapy: w pierwszym następuje zrastanie się sąsiadujących ze sobą cząstek (tworzenie się szyjek), w drugim pory ulegają zaokrągleniu. W pierwszym etapie skurcz jest wynikiem zmniejszania się odległo-ści między środkami bliskich cząstek (rys. 1), a w drugim zmniejszania się porowatości [6].
including: the structure and chemical composi-tion of the powder material, temperature, at-mosphere type, and the device in which the process is carried out. The effect of the sin-tering process depends on the size and shape of the particles of the powder used. The smaller the particles, the faster (at a given tempera-ture) the process of compaction and densifica-tion of the product takes place. Irregularly shaped powder is more easily sintered.
The metallurgic joining of particles as defined by the PN-EN ISO 3252 standard is the result of the transport of mass through volumetric and surface diffusion (over grain boundaries), diffusive flow, and also through evaporation and condensation [5]. The share of each type of diffusion in the sintering pro-cess is dependent on the temperature and par-ticle size of the sintered powder.
The phenomenon of contraction or swe-lling occurs in the sintered material. The con-traction process can be divided into two stages: in the first stage, neighboring particles are joined together (necks form), in the second, pores are rounded. During the first stage, the contraction is the result of a decrease in the distance between the centers of neighboring particles (fig. 1), and in the second, a decrease in porosity [6].
Rys. 1. Zasada powstawania skurczu podczas spiekania [6] Fig. 1. The principle of contraction during sintering [6]
Rys. 2. Pęcznienie spowodowane obecnością miedzi w procesie spiekania wyprasek z proszku Ŝelaza [7] Fig. 2. Swelling caused by the presence of copper in the process of sintering compacts made from iron powder [7]
Zjawisko pęcznienia stopu jest zaleŜne od składu spiekanej mieszanki. Na przykład, doda-tek miedzi często powoduje pęcznienie w wy-niku topienia się tego metalu. Miedź penetruje powierzchnie proszku i przenika do granic zia-ren pojedynczych cząstek mieszanki proszko-wej (rys. 2) [7].
Zwiększając, przez prasowanie, gęstość wyprasek zwiększa się powierzchnię styku między cząstkami proszku, co ułatwia ich spie-kanie się. Dodatkowym ułatwieniem dla za-chodzących procesów spiekania jest wzrost zaburzeń sieci krystalicznej w cząstkach prosz-ku, w wyniku odkształcenia plastycznego, wy-stępujących przy prasowaniu. W literaturze moŜna teŜ spotkać doniesienia o dodatkach przyspieszających proces spiekania. Na przy-kład według [8] dodatek nanodyspersyjnego niklu uaktywnia proces spiekania. w wodorze proszku Ŝelaza.
3. TEMPERATURA SPIEKANIA
Jednym z podstawowych parametrów pro-cesu spiekania jest temperatura, w której nastę-puje łączenie się cząstek i zagęszczenie wy-praski. Wysokość tej temperatury zaleŜy przede wszystkim od składu mieszanki prosz-kowej, a takŜe od czasu wytrzymywania w temperaturze spiekania określonej dla danej wielkości wsadu. Przykłady temperatur spieka-nia dla wybranych proszków metali podano w tablicy 1 [9].
The phenomenon of swelling of an alloy depends on the composition of the sintered mixture. For example, the addition of copper often causes swelling as a result of this metal melting. Copper penetrates the surface of the powder and passes to the boundaries of the grains of individual particles of the powder mixture (fig. 2) [7].
By increasing the density of compact through pressing, the surface of contact be-tween powder particles increases, which makes it easier for them to be sintered. An additional facilitation for the sintering processes taking place is an increase of dislocations in the crys-tal lattice in powder particles due to plastic deformation occurring during pressing. Re-ports on additives that quicken the sintering process can also be found in the literature. For example, according to [8], the addition of nano-dispersive nickel activates the sinte-ring process of iron powder in hydrogen.
3. SINTERING TEMPERATURE
One of the basic parameters of the sinte-ring process is the temperature at which parti-cles merge and the compact is densified. The value of this temperature depends, above all, on the composition of the powder mixture, and also on the time of exposure to the sinte-ring temperature specified for a given size of the charge. Examples of sintering tempera-tures for selected metal powders have been given in table 1 [9].
Tablica 1. Temperatura spiekania wybranych proszków metalicznych [9] Table 1. Sintering temperature for selected metallic powders [9]
Materiał
Material
Temperatura spiekania
Sintering temperature
[°C] Stopy aluminium / Aluminum alloys 590 – 620
Miedź / Copper 600 – 900 Brązy / Bronzes 740-780 Mosiądze / Brasses 890 – 910 Nikiel / Nickel 1000 – 1150 Fe-C, (Fe-Cu)-C 1120 (Fe-Cu-Ni)-C 1120 (Fe-Mn)-Cu 1120 (Fe-Cu-Ni)-Mo (Distaloy) 1120 - 1200
W procesie technologicznym wykonywa-nia wyrobów metodą metalurgii proszków sto-suje się niekiedy operację spiekania wstępnego w temperaturze o wiele niŜszej od temperatury końcowego spiekania. Spiekanie przeprowadza się, aby usunąć środek poślizgowy, który doda-je się do mieszanki proszkowej, celem polep-szenia prasowalności proszku [10]. Takim środkiem poślizgowym jest na przykład steary-nian cynkowy Zn(C18H35O2)2 (biały proszek
o temperaturze topnienia 130 ºC).
Wyroby po spiekaniu wstępnym lub koń-cowym poddaje się niekiedy doprasowywaniu lub dokuwaniu aby zwiększyć gęstość wyrobu, a takŜe podwyŜszyć niektóre własności fizycz-ne lub mechaniczfizycz-ne. Ze względu na skurcz lub pęcznienie spieku, celem nadania wymaganych wymiarów spiekanego wyrobu stosuje się ope-rację kalibrowania.
Wyroby z proszków metali trudnotopli-wych spieka się w temperaturze powyŜej 1200 ºC. Dla przykładu korbowody do silni-ków samochodowych wykonane metodą meta-lurgii proszków z proszku tytanu zawierającego 1,65%Al, 0,7%V, 3%Mo spieka się w tempera-turze 1250 ºC [11].
During the technological process of manu-facturing products using the powder metal-lurgy method, initial sintering operations at a temperature that is much lower than the final sintering temperature are sometimes used. Sin-tering is conducted in order to remove the lu-bricant that is added to the powder mixture to improve the compressibility of powder [10]. An example of such a lubricant is zinc stearate Zn(C18H35O2)2 (a white powder with a melting
temperature of 130 ºC).
After initial or final sintering, products are sometimes subjected to additional pressing or forging for the purpose of increasing the density of the product and to raise certain physical or mechanical properties. Because of contraction or swelling of the sinter, the calibration operation is used to give the sintered product the required dimensions.
Products made from high-melting metal powders are sintered at a temperature above 1200 ºC. For example, connecting rods of car motors made using the powder metallurgy method from titanium powder containing 1.65%Al, 0.7%V, 3%Mo are sintered at a tem-perature of 1250 ºC [11].
4. ATMOSFERA SPIEKANIA
WaŜne dla przeprowadzenia prawidłowego procesu spiekania jest środowisko gazowe (at-mosfera) procesu. Atmosfera w piecach do spiekania ma za zadanie chronić części podda-wane spiekaniu przed utlenianiem i redukować powłoki tlenkowe na powierzchniach cząstek proszku, które utrudniają bezpośredni kontakt czystych powierzchni metalicznych. Przy spie-kaniu wyprasek z mieszanki proszkowej zawie-rającej węgiel atmosfera nie powinna powodo-wać odwęglania.
Atmosfera spiekania zaleŜy od składu che-micznego proszków metali poddawanych spie-kaniu oraz od wymagań jakie ma spełniać go-towy wyrób. Do spiekania w warunkach prze-mysłowych stosuje się najczęściej atmosferę redukującą, nawęglającą lub obojętną.
Atmosferą redukującą jest wodór (100% H2) i zdysocjowany amoniak o
zawarto-ści 75% H2 i 25% N2. Gazy te powinny być
pozbawione zanieczyszczeń. Wodór nie powi-nien zawierać tlenu i pary wodnej, a zdysocjo-wany amoniak - nierozłoŜonego NH3 i pary
wodnej. To, czy będzie następowało reduko-wanie tlenków metalu, czy teŜ reakcja będzie przebiegała w kierunku utlenienia zaleŜy od stopnia osuszenia atmosfery mierzonego punk-tem rosy. Na przykład w atmosferze z dysocja-cji amoniaku, w której wilgotność wynosi – 20 oC punktu rosy (0,102% H2O) redukcja
tlenków następuje w całym zakresie temperatu-ry dla metali: Ŝelazo, nikiel, molibden, wol-fram. Natomiast mieszanki proszków zawiera-jące chrom, mangan, krzem i tytan wymagają atmosfery „głęboko” osuszonej.
Para wodna w atmosferze wodorowej i azotowo-wodorowej moŜe powodować nie tylko utlenianie, ale równieŜ odwęglanie i dla-tego waŜna jest minimalna zawartość wilgoci w tych gazach.
Czysty wodór jest najlepszą atmosferą do spiekania wyrobów z proszków Ŝelaza nie za-wierających węgla. Jednak ze względu na wy-soką cenę atmosfera ta jest uŜywana głównie do materiałów specjalnych, jak np. stali nie-rdzewnych, magnesów trwałych.
4. SINTERING ATMOSPHERE
The gaseous environment (atmosphere) of the process is important for conducting the sintering process correctly. The atmosphere in sintering furnaces has the purpose of pro-tecting parts subjected to sintering against oxi-dation and of reducing oxygen coats on the surfaces of powder particles, which hinder direct contact of pure metallic surfaces. During sintering of powder mixture compacts con-taining carbon, the atmosphere should not cause decarburization.
The sintering atmosphere is dependent on the chemical composition of metal powders subjected to sintering and on the requirements that are to be fulfilled by the ready product. A reducing, carburizing, or neutral atmosphere is most often used for sintering in industrial conditions.
A reducing atmosphere can be hydrogen (100% H2) and dissociated ammonia with 75%
H2 and 25% N2 content. These gases should
have no impurities. Hydrogen should not con-tain oxygen and water vapor, and dissociated ammonia – non-dissociated NH3 and water
vapor. Whether or not reduction of metal oxi-des will take place or if the reaction will take place in the direction of oxidation depends on the degree of dehumidification of the at-mosphere, measured by the dew point. For example, in an atmosphere of dissociated ammonia in which humidity is at a dew point of –20 oC (0.102% H2O), oxide reduction takes
place in the full range of temperatures (for metals: iron, nickel, molybdenum, tungsten). However mixtures of powders containing chromium, manganese, silicon, and titanium require a "deep” dehumidified atmosphere.
Water vapor in a hydrogen or nitrogen-hydrogen atmosphere may not only cause oxi-dation, but also decarburization, and that is why a minimum humidity content in these gases is important.
Pure hydrogen is the best atmosphere for sintering products made from iron powders that do not contain carbon. However, due to its high cost, this atmosphere is mainly used for special materials such as e.g. stainless steels, permanent magnets.
Atmosferą redukującą jest teŜ próŜnia. Dla większości metali wystarcza próŜnia wielkości od 10-2 do 10-4 hPa. Dla chromu, manganu, krzemu i tytanu wymagana jest próŜnia poniŜej tych wartości.
Atmosferą reagującą ze spiekanym mate-riałem w sposób regulowany, jest atmosfera endotermiczna (endogaz) wytwarzana w gene-ratorze z gazu ziemnego lub propanu technicz-nego. Atmosfera zawiera około 40%H2,
20%CO, 40%N2 oraz niewielkie ilości
dwu-tlenku węgla (CO2) i wilgoci (H2O). Stosuje się
ją najczęściej do nawęglania lub odwęglania spiekanego materiału lub jako atmosferę obo-jętną, będącą w równowadze z zawartością węgla w spiekanym materiale.
Wodór, zdysocjowany amoniak i endogaz tworzą z powietrzem mieszaniny wybuchowe, dlatego stosuje się je w piecach specjalnej kon-strukcji. Atmosfera endotermiczna ze względu na duŜą zawartość tlenku węgla jest teŜ trująca. Atmosferę obojętną stanowią najczęściej gazy czyste i suche takie jak azot i argon.
5. ELEKTRYCZNE PIECE DO SPIEKA-NIA
Proces spiekania wyrobów wykonywanych metalurgią proszków w produkcji wielkoseryj-nej i masowej przeprowadza się najczęściej w piecach o działaniu ciągłym. Są to piece tu-nelowe, a w zaleŜności od sposobu przesuwa-nia wyprasek umieszczonych w koszach lub na paletach wyróŜnia się:
• piece taśmowe,
• piece z trzonem pokrocznym, • piece przepychowe.
Przykład schematu pieca taśmowego do spiekania w sposób ciągły pokazano na rys. 3 [7].
A vacuum is also a reducing atmosphere. For most metals, a 10-2 to 10-4 hPa vacuum is sufficient. For chromium, manganese, sili-con, and titanium, a vacuum below these values is required.
An atmosphere that reacts with the sin-tered material in a controlled way is an endo-thermic atmosphere (endogas), produced in a natural gas or technical propane generator. This atmosphere contains about 40%H2,
20%CO, 40%N2 and small amounts of carbon
dioxide (CO2) and humidity (H2O). It is most
often used to carburize or decarburize the sin-tered material or as a neutral atmosphere in equilibrium with the carbon content in the sintered material.
Hydrogen, dissociated ammonia, and en-dogas create explosive mixtures with air, that is why they are used in specially designed fur-naces. The endothermic atmosphere is toxic due to its high carbon monoxide content. A neutral atmosphere is usually made up of pure and dry gases such as nitrogen and argon.
5. ELECTRIC SINTERING FURNACES
The process of sintering of products made using powder metallurgy in large-lot and mass production is most often conducted in continu-ously operating furnaces. These are tunnel fur-naces, and depending on the method of moving compacts placed in baskets or on pallets, the following are distinguished:
• belt conveyor furnaces,
• furnaces with a walking beam core, • pusher furnaces.
An example of a scheme of a belt conveyor furnace for continuous sintering has been shown on fig. 3 [7].
Rys. 3. Schemat pieca przemysłowego przeznaczonego do pracy ciągłej [7]
G – doprowadzenie gazu – atmosfery spiekania, S – odprowadzenie odparowanego środka poślizgowego, gazowych produktów reakcji towarzyszących spiekaniu oraz nadmiaru doprowadzonych gazów czynnych
Fig. 3. Scheme of an industrial furnace for continuous operation [7]
G – gas - sintering atmosphere supply, S – lead-off for the evaporated lubricant, gaseous products of reactions accompanying sintering and surplus active gases
Piece taśmowe są w metalurgii proszków powszechnie stosowane. Nowoczesne piece tego typu, stosowane do spiekania części na osnowie Ŝelaza, w endogazie mają cztery strefy pełniące róŜne funkcje:
• strefa 1 – strefa usuwania środka poślizgo-wego; wypalanie odbywa się w zakresie temperatur od 250-700 °C,
• strefa 2 – strefa gorąca, w której zachodzi spiekanie wyprasek w temperaturze od 1110-1150 °C,
• strefa 3 – strefa ponownego nawęglania, w której w temperaturze 800-900 °C odby-wa się nawęglanie spieków uległych wcze-śniej powierzchniowemu odwęgleniu, • strefa 4 – strefa chłodzenia, w której części
schładzane są do zakresu temperatury 250-150 °C, zanim dojdzie do kontaktu z powie-trzem.
W produkcji małoseryjnej stosuje się piece o działaniu okresowym. Są to piece retortowe lub komorowe bez przemieszczania się spieka-nego wsadu. Piece te zajmują stosunkowo małą powierzchnię produkcyjną i ze względu na szczelność zuŜywają mniej atmosfery ochron-nej.
Belt conveyor furnaces are universally used in powder metallurgy. Modern furnaces of this type, used to sinter parts with an iron matrix in an endogas, have four zones that ful-fill various functions:
• zone 1 – the zone for lubricant removal; burning takes place within the range of tem-peratures from 250-700 °C,
• zone 2 – the hot zone, in which sintering of compacts at a temperature from 1110-1150 °C takes place,
• zone 3 – the recarburization zone, in which carburization of sinters that have been sub-jected to prior surface decarburization takes place at a temperature of 800-900 °C, • zone 4 – the cooling zone, in which parts are
cooled to the temperature range of 250-150 °C before they are exposed to contact with the air.
In small-lot production, furnaces with pe-riodical operation are used. These are retort or chamber furnaces without movement of the sin-tered charge. These furnaces take up a rela-tively small production surface, and due to their tightness, consume less of the protective atmosphere.
Rys. 4. Gniazdo badawczo-doświadczalne GSMP-75 przeznaczone do spiekania wyrobów z proszków metali w atmosferze azotowo-wodorowej zdysocjowanego amoniaku na bazie pieca wgłębnego retortowego PSF-12/75
o mocy 45 kW znajdujące się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu
Fig. 4. GSMP-75 experimental research nest for sintering of metal powder products in a nitrogen-hydrogen atmosphere of dissociated ammonia based on the PSF-12/75 soaking retort furnace with a power of 45 kW
at the Metal Forming Institute in Poznan
Na rys. 4 pokazano gniazdo badawczo-doświadczalne GSMP-75 (w Instytucie Obrób-ki Plastycznej), do okresowego spiekania wstępnego i końcowego, w piecu retortowym, w atmosferze zdysocjowanego amoniaku oraz do obróbki cieplno-chemicznej. W gnieździe są 3 retorty: do spiekania wstępnego w temperatu-rze do 950 ºC, do spiekania końcowego do 1200 °C, do nawęglania lub azotonawęglania w temperaturze do 950 °C w atmosferze nawę-glającej z metanolu i propanu technicznego, a przy azotonawęglaniu z dodatkiem gazowego amoniaku.
W Instytucie Obróbki Plastycznej w Po-znaniu znajduje się równieŜ nowoczesne urzą-dzenie SPS HP D25 do wykonywania spieków nowoczesną metodą iskrowego spiekania pla-zmowego proszków metali o wysokiej gęstości oraz tlenków, węglików i azotków w tempera-turze do 2400 oC [12].
6. WNIOSKI KOŃCOWE
1. Proces spiekania materiałów proszkowych jest procesem złoŜonym, w którym zachodzi wiele zjawisk fizycznych i chemicznych.
Fig. 4 shows the GSMP-75 nest for experi-mental research (at the Metal Forming Insti-tute), for periodical initial and final sintering in a retort furnace in an atmosphere of disso-ciated ammonia and for heat and chemical treatment. There are 3 retorts in the nest: for initial sintering at a temperature up to 950 ºC, for final sintering up to 1200 °C, for carburiza-tion and nitrocarburizacarburiza-tion at a temperature up to 950 °C in a carburizing atmosphere consist-ing of methanol and technical propane, and for nitrocarburization with the addition of gaseous ammonia.
Also at the Metal Forming Institute in Poznan, there is the modern SPS HP D25 device for producing sinters by means of the modern spark plasma sintering method for high density metal powders and for oxides, carbides, and nitrides at a temperature up to 2400 oC [12].
6. FINAL CONCLUSIONS
1. The process of sintering powder materials is a complex process in which many physi-cal and chemiphysi-cal phenomena take place.
2. Przebieg i parametry procesu spiekania za-leŜą od warunków procesu: struktury, składu chemicznego materiału proszkowego, tem-peratury, rodzaju atmosfery i typu uŜytego urządzenia, w którym przeprowadza się pro-ces spiekania.
3. W Instytucie Obróbki Plastycznej w Pozna-niu prowadzi się badania procesu spiekania w gnieździe badawczo-doświadczalnym GSMP-75 do badań i analizy okresowego spiekania wstępnego i końcowego w piecu retortowym w atmosferze zdysocjowanego amoniaku oraz do obróbki cieplno-chemi-cznej z nawęglaniem i azotonawęglaniem. 4. W Instytucie Obróbki Plastycznej w
Pozna-niu znajduje się równieŜ nowoczesne urzą-dzenie SPS HP D25 do wykonywania, no-woczesną metodą iskrowego spiekania pla-zmowego, proszków metali oraz tlenków, węglików i azotków w temperaturze do 2400 oC.
2. The course and parameters of the sintering process are dependent on the conditions of the process: the structure and chemical composition of the powder material, tem-perature, atmosphere type, and the type of device in which the process is carried out. 3. Research on the sintering process is being conducted at the Metal Forming Institute in Poznan using the experimental research GSMP-75 nest for testing and analysis of periodical initial and final sintering in a retort furnace in a dissociated ammonia atmosphere and for heat and chemical treat-ment with carburization and nitrocarburiza-tion.
4. Also at the Metal Forming Institute in Poznan, there is the modern SPS HP D25 device for producing sinters by means of the modern spark plasma sintering method for high density metal powders and for oxides, carbides, and nitrides at a tempera-ture up to 2400 oC.
LITERATURA / REFERENCES
[1] Wiśniewska-Weinert H. (i in.): Spiekanie z obróbką cieplno-chemiczną proszków na bazie ASTALOY CrMo. Obróbka Plastyczna Metali 2003 nr 5 s. 31-42.
[2] Koftelev V.T., Ruderko E.N.: Opyt himiko-termičeskoj obrabotki detalej iz poroškovyh materialov dlâ avtomobi-lej VAZ. Metalloved. i Term. Obrab. Metallov 1996 nr 10 s. 18-22.
[3] PN-EN ISO 3252. Metalurgia proszków. Słownictwo.
[4] Andrevskij R.A.: Moj opyt izučeniâ problemy spekaniâ i rodstvennyh âvlenij. Poroškovaâ Metallurgiâ. 2011 nr 1/2 s. 5-22.
[5] Gronostajski Zb.: Badania stosowane w zaawansowanych procesach kształtowania plastycznego. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2003. [6] HOGANS AB. Poradnik metalurgii proszków. Hogans AB 1997.
[7] HOGANS AB. Szkoła metalurgii proszków.
[8] Mejlah A. G.: Mehanizm uskoreniâ spiekaniâ poroškov železa dobavkami nanodispersnogo nikelâ. Stal’ 2009 nr 1 s. 81-83.
[9] Technologia Metali. Praca zbiorowa pod redakcją F. Grosmana. Wyd. Politechniki Śląskiej. Gliwice 2010. [10] Usuwanie lepiszcza i spiekanie wyprasek z proszków metali. Prospekt firmy Listemann AG.
[11] Kornienko G.I., Saklinskij V.V., Niersisân R.Š.: Poroškovye titanovye šatuny. Avtom. Prom. 1973 nr 10.
[12] Garbiec D., Rybak T., Heyduk F., Janczak M.: Nowoczesne urządzenie do iskrowego spiekania plazmowego proszków SPS HP D25 w Instytucie Obróbki Plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali 2011 nr 3 s. 221-225.
