Глава 2. ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Перспективы мирового развития порошковой металлургии
Порошковой металлургией (ПМ) называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.
Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повышаются экономические показатели производства. При этом способе практически в большинстве случаев коэффициент использования материала приближается к 100 %, тогда как традиционные способы металлообработки дают лишь 50 – 60 %. Из технологического цикла устраняются такие переделы, как плавка, литье, механическая обработка, на которые приходится до 60 % трудозатрат на изготовление изделий. ПМ позволяет получить особые структуры материалов: пористые, волокнистые, слоистые.
Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей. Методами порошковой металлургии получают изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлов трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные, материалы со значительно различающимися компонентами по плотности и температуре плавления и другие) материалы.
В развитых странах порошковая металлургия на всех этапах своего развития - от лабораторных исследований до современного промышленного изготовления продукции – существенно опережает по темпам роста традиционные отрасли производства металлов и изделий из них. В настоящее время ПМ прочно утвердилась в ряду малоотходных технологий, отражающих современный уровень научно-технического прогресса.
Общий объем выпуска продукции ПМ в промышленно развитых странах каждые десять лет увеличивается примерно вдвое. Среднегодовые темпы прироста потребления ПМ-продукции составляют более 8 - 12 % , а в некоторых наукоемких областях – более 21 %. Так, сбыт постоянных магнитов системы Fe-Nd-B увеличился со 180 млн. долларов в 1988 г. до 2,0 - 2,5 млрд. долл. в 2000 г., что соответствует средним темпам прироста 23 – 26 % в год. Доля магнитов указанного типа в производстве постоянных магнитов повысилась за этот период с 8 до 40 – 50 %.
Около 85 % мирового потребления металлических порошков приходится на долю железа и низколегированных сталей, 6 – 7 % - меди и сплавов на ее основе, остальные 5 – 10 % - это порошки алюминия и его сплавов, высоколегированных и коррозионно-стойких сталей, тугоплавких металлов и их соединений.
Основным потребителем ПМ-продукции в мире является автомобильная промышленность. В Северной Америке (США и Канада) на ее нужды уходит примерно 65 % традиционных ПМ-изделий, в Японии – 80 %, в Германии - около 60 %. Типичный американский автомобиль модели 1991 г. содержит примерно 11 кг ПМ-деталей по сравнению с 7,3 кг в автомобиле 1979 г. В каждом японском автомобиле, изготовленном в 1989 г., масса ПМ-изделий составляет 5,41 кг, тогда как в 1983 г. она была равна 3,34 кг, а в 1986 г - 4,1 кг. Примерно 42,1 % ПМ-деталей используются в двигателях, 29,8 % - в приводах, 19,8 % - в шасси. В Европе на один автомобиль потребляется 4,4 кг деталей, изготовленных методами порошковой металлургии.
По мнению специалистов в ближайшем будущем использование ПМ-изделий в автомобилестроении будет быстро расширяться. Так, фирма "Форд Мотор Ко" (США) и ее поставщики заключили соглашения, в соответствии с которыми в двигатель объемом 4,6 л (типа V-8) будут использованы ПМ-детали (или детали, содержащие порошковые части ) общей массой более 7 кг, что значительно больше, чем в любом другом массово выпускаемом двигателе.
Самый крупный изготовитель продукции ПМ в мире - это Северная Америка: поставки металлических порошков здесь в 1990 г. составили примерно 269 тыс. т. Данные по отдельным видам порошков за период с 1986 г. по 1990 г. приведены в табл. 2.1. В последние годы проведение интенсивных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок позволило японским фирмам достичь более высокого уровня развития отрасли по сравнению с их конкурентами из Северной Америки и Европы. Японские изготовители ПМ-изделий внедрили новое высокопроизводительное оборудование, что позволяет им полностью удовлетворять возросший спрос на некоторые виды изделий, например детали шаговых двигателей, копировальных машин, приводов магнитных дисков и других устройств для ЭВМ, объем сбыта которых ежегодно увеличивается на 30–40 %
Следует отметить еще одну важную особенность развития данной отрасли в Японии. Для здешних фирм-изготовителей характерна высокая степень автоматизации производства. На многих из них установлены автоматические линии по изготовлению ПМ-изделий, позволяющие в одном производственном цикле совмещать процессы прессования, спекания, калибровки и отделки. Это удешевляет процесс производства и обеспечивает высокую конкурентоспособность японских изделий на мировом рынке.
Таблица 2.1
Поставки металлических порошков в Северной Америке
за период с 1986 по 1990 г., тыс. т.
Порошок
|
1986 г.
|
1987 г.
|
1988 г.
|
1989 г.
|
1990 г.
|
Железо и низколегированная сталь
|
189,6
|
195,8
|
213,2
|
196,2
|
197,3
|
Коррозионно-стойкая сталь
|
3,0
|
3,1
|
3,0
|
3,1
|
2,7
|
Медь и сплавы на ее основе
|
15,8
|
17,4
|
19,8
|
18,3
|
17,8
|
Алюминий и сплавы на его основе
|
28,9
|
27,9
|
26,1
|
30,2
|
32,8
|
Молибден
|
1,9
|
1,8
|
1,8
|
1,8
|
2,3
|
Вольфрам
|
1,7
|
1,8
|
2,2
|
1,9
|
2,3
|
Карбид вольфрама
|
1,3
|
3,6
|
4,7
|
4,8
|
4,5
|
Никель
|
9,3
|
9,0
|
9,7
|
9,2
|
9,0
|
Олово
|
0,9
|
0,9
|
1,0
|
0,9
|
0,9
|
Суммарные значения
|
246,4
|
261,4
|
281,5
|
266,4
|
269,1
|
Данные об объемах производства ПМ-изделий (за исключением твердых сплавов) в Японии за 1986-1991 гг. представлены в табл. 2.2. Постоянное увеличение производства методами порошковой металлургии конструкционных изделий является результатом улучшения качества выпускаемых порошков и технологического оборудования, технологии их изготовления.
Наивысшие в мире показатели производства и потребления ПМ-изделий, по единому мнению зарубежных специалистов, в настоящее время достигнуты в Скандинавских странах, прежде всего в Швеции. Сбыт всех видов такой продукции в стране в 1989 г. достиг 1,06 млрд. долл., что составляет 115 долл. в расчете на душу населения. Производство ПМ-изделий в Германии ежегодно составляет примерно 27 тыс. т, в Италии - 14, в Испании - 12, в Великобритании – 9 тыс.т.
Потенциальные возможности порошковой металлургии за рубежом весьма велики и оптимистичны, что обусловлено следующими предпосылками: дальнейшее расширение использования продукции ПМ в автомобилестроении с целью снижения массы автомобилей; общая тенденция к экономии черных и цветных металлов в промышленно развитых странах; расширение сферы промышленного применения деталей и узлов, изготовляемых инжекционным формованием; ускорение научно-технического прогресса в области создания высокоэффективных легких сплавов; устойчивый спрос на изделия из коррозионно-стойких сталей и никелевых сплавов, получаемых методом экструзии; расширение выпуска закристаллизованных материалов.
Для реализации таких прогнозов необходимо расширять информационный обмен между различными отраслями промышленности, создавать удобные справочники и руководства для потенциальных потребителей ПМ-продукции. Особую ценность представляет информация о свойствах порошковых материалов, поэтому необходимо создавать банки данных. Это позволит разрушить исторически сложившееся в инженерной среде предубеждение относительно низкого качества ПМ-изделий и будет способствовать дальнейшему расширению областей применения порошковых материалов.
Таблица 2.2
Производство ПМ-изделий в Японии за период с 1986 по 1991 г., тыс. т
Материал или изделие
|
1986 г.
|
1987 г.
|
1988 г.
|
1989 г.
|
1990 г.
|
1991 г.
|
Детали машин
|
58.546
|
59.461
|
67.2
|
75.82
|
81.07
|
81.49
|
Подшипники
|
6.711
|
7.116
|
7.673
|
7.887
|
8.947
|
8.763
|
Электроконтакты
|
0.18
|
0.189
|
0.18
|
0.192
|
0.205
|
0.2
|
Материалы:
|
|
|
|
|
|
|
фрикционные
|
0.488
|
0.449
|
0.505
|
0.538
|
0.585
|
0.571
|
для электроламп и трубок
|
0.565
|
0.616
|
0.737
|
0.771
|
0.764
|
-
|
для коллекторов
|
0.262
|
0.239
|
0.24
|
0.264
|
0.325
|
0.284
|
магнитотвердые
|
49.414
|
42.645
|
44.67
|
48.03
|
46.68
|
-
|
магнитомягкие
|
34.533
|
37.962
|
41.06
|
42.34
|
43.65
|
-
|
Другие
|
0.388
|
0.438
|
0.439
|
0.337
|
0.283
|
0.237
|
Суммарные значения
|
151.09
|
149.12
|
162.7
|
176.2
|
182.5
|
-
|
|
