Порошковая металлургия, медный порошок, термический анализ, электрические контакты, технологическая схема, оборудование

РЕФЕРАТ
     Выпускная квалификационная работа содержит листов, рисунков, таблиц, графиков, источников.
     ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, МЕДНЫЙ ПОРОШОК, ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ОБОРУДОВАНИЕ
     Данная работа посвящена изучению свойств медного порошка и подготовке исходных данных для проектирования участка цеха по производству изделий из медных порошков.
     Объектом исследования является медный порошок марки ПМС-1. 
     Для реализации выпускной квалификационной работы был произведен литературный обзор, изучены материалы производственной и преддипломной практики, которые послужили основой для разработки технологической схемы по производству деталей на основе меди.
     
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	7
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ	9
 1.1 Перспективы развития порошковой металлургии и области применения порошковых материалов	9
 1.2 Медь и ее сплавы	10
 1.3 Методы производства и области применения порошков на основе меди	11
      1.3.1 Классификация современных методов получения порошков меди и ее сплавов..	11
      1.3.2 Основные области применения порошков меди и ее сплавов	13
2 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МЕДНОГО ПОРОШКА	19
 2.1 Описание образца	19
      2.1.1 Химические и технологические свойства порошка меди	19
 2.2 Термический анализ порошка меди	20
 2.3 Порядок проведения эксперимента	21
      2.3.1 Создание программы измерения	21
      2.3.2 Подготовка тиглей	21
      2.3.3 Подготовка образца	22
 2.4 Результаты измерений и обсуждения	22
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	25
 3.1 Технологическая схема производства медных изделий	25
 3.2 Описание технологического процесса	26
      3.2.1 Подготовка шихты	26
      3.2.2 Прессование	27
      3.2.3 Спекание	29
      3.2.4 Калибровка	32
      3.2.5 Удаление заусенцев и острых кромок	33
      3.2.6 Отжиг	34
      3.2.7 Пропитка	34
      3.2.8 Упаковка	34
      3.2.9 Технические требования к изделиям	34
      3.2.10 Свойства получаемых изделий	35
4 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ	36
4.1 Режим работы цеха и фонды времени	36
 4.2. Определение фактического выхода готовой продукции	37
 4.3 Расчет количества оборудования	39
      4.3.1 Отделение подготовки шихты к плавлению	39
      4.3.2 Отделение прессования	40
      4.3.3 Отделение спекания	41
      4.3.4 Отделение калибровки	41
      4.3.5 Отделение упаковки	42
 4.4 Планировка цеха и размещение оборудования	42
      4.4.1 Размещение оборудования	42
      4.4.2 Планировка цеха	43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	46
     

ВВЕДЕНИЕ
     Порошковая металлургия является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса второй половины ХХ века, как в нашей стране, так и за рубежом. Как самостоятельная наука, порошковая металлургия развивается на базе таких фундаментальных наук, как математика, физика, химия, металловедение, используя основные положения этих дисциплин для создания теоретических основ процессов порошковой технологии – получение порошков и их дополнительная обработка, формование заготовок и их спекание.
     Современная порошковая металлургия находит широчайшее применение практически в любой отрасти промышленности, развивается быстрыми темпами в направлении совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов, без которых невозможен прогресс в областях современной техники. При изготовлении многих типов изделий из обычных материалов с обычным уровнем свойств, применив метод порошковой металлургии, можно получить изделия с лучшими технико- экономическими показателями. Например, применение порошковых материалов в автопромышленности влечет за собой существенное снижение веса автомобилей, а также позволяет защитить детали машин и приборов от коррозии, которая по словам Г. А. Либенсона [Либенсон процессы пор.мет.] ежегодно «съедает» десятки млн.т металла, принося убытков на сотни миллионов долларов. 
     В социальном аспекте, порошковая металлургия способствует снижению загрязнения окружающей среды газами, вредными выбросами и шлаками, обеспечивая в ходе производства экологическую чистоту. Она практически не имеет альтернативы при получении нового поколения керамических и композиционных материалов, с разработкой и промышленным применением которых все больше связывают дальнейший прогресс в области материаловедения XXI в. [Либенсон процессы пор.мет.]
     Широкие возможности методов порошковой металлургии позволяют создавать новые материалы со специальными свойствами, например, пористые бронзы на основе цветных металлов для самосмазывающихся подшипников, керамику (оксиды алюминия и титана) для двигателей, для изделий химической и медицинской промышленности, магнитные и коррозионностойкие материалы, электроконтакты и т.д. Важнейшей задачей, которую позволяет решить порошковая металлургия, является производство металлических порошков, предназначенных для непосредственного использовании (краски, пиротехнические взрывчатые смеси, катализаторы, сварочные материалы и др.). В порошковой металлургии медь является одним из широко используемых металлов. Порошки меди и ее сплавов в мировом производстве занимают второе место (после железа) по масштабам использования в различных отраслях техники.
     Целью данной работы является проектирование участка цеха по производству изделий из медных порошков. Для достижения этой цели решаются следующие задачи:
        * разработка схемы производства изделий из медных порошков,
        * выбор типа конструкции основного оборудования;
        * расчет оборудования для производства изделий (по производительности и мощности).
      

     1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
     1.1 Перспективы развития порошковой металлургии и области применения порошковых материалов
     Порошковая металлургия одна из молодых отраслей современной техники, но в тоже время она является древнейшим способом производства металлов и изделий из них. Из истории известно, что заслуга возрождения порошковой металлургии и превращения ее в особый технологический метод обработки металлов принадлежит русским ученым Петру Григорьевичу Соболевскому и Василию Васильевичу Любарскому, которые в 1826 г. разработали технологию прессования и спекания платинового порошка. Организовав по этой технологии промышленный выпуск платиновых монет, тиглей и других изделий, они на три года опередили англичанина Волластана, предложившего в 1829 г. аналогичный способ получения компактной платины. Также известно, что, например, порошки золота, меди и бронзы применяли как краски и использовали для декоративных целей в керамике и живописи во все известные нам времена.
     Темпы развития порошковой металлургии в течение последних 15-20 лет непрерывно растут. Являясь одним из важнейших разделов науки и техники, порошковая металлургия остается наиболее ресурсо- и энергосберегающим производством, позволяющим получать материалы с уникальными, недостижимыми другими методами, свойствами. Поскольку порошковая металлургия позволяет создавать изделия с уникальными свойствами, а в ряде случаев и существенно повышать экономические показатели производства изделий, то ее можно назвать одним из составных элементов научно- технического прогресса. [Либенсон основы пор.мет.] 
     Среди имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет не только производить изделия (называемые спеченными) различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, получать которые иным путем крайне трудно или вообще невозможно.
     Порошковая металлургия успешно конкурирует с литьем, обработкой давлением, резанием и другими методами, дополняя или заменяя их. Это подтверждается высокими темпами роста производства деталей (изделий) методами порошковой металлургии. Иначе говоря, объем металлокерамического производства (как еще называют порошковую металлургию за сходство ее методов с технологией производства керамики) удваивается каждые 5-6 лет. [Либенсон основы пор.мет.]
     1.2 Медь и ее сплавы
     Одним из широко используемых металлов в порошковой металлургии является медь. Получение меди и, особенно, сплавов меди с оловом (бронзы) известно с доисторических времен и неразрывно связано с развитием человеческого общества. [Худяков] Порошки меди в сварочной технике применяют для наплавки, спецрезки, изготовления обмазок. В машиностроении и приборостроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности медные порошки используют для изготовления износостойких деталей машин и механизмов, изделий с высоко- или антифрикционными свойствами, например – щетки электрических двигателей, фильтры тонкой очистки масел и многое другое. Автомобили содержат до 50 % деталей, выполненных при спекании порошков; при изготовлении счетных, швейных, пишущих машин требуется до 20 % спеченных изделий; 30 % подшипников изготавливают методами порошковой металлургии. [Кипарисов]
     Медь – элемент первой группы Периодической системы элементов с порядковым номером 29 и атомной массой 63,54. Этот металл обладает высокой электропроводимостью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. 
     Основные физические и механические свойства меди приведены в таблице 1. [Набойченко]
Таблица 1 – Основные физические и механические свойства меди
Наименование показателя
Значение
        Температура плавления, К
1356
        Температура кипения, К
2633
        Плотность, кг/м3
8940
        Теплопроводность, Вт/(м?К)
386
        Удельное электросопротивление, Ом?м
1,7?10-6
        Твердость, НВ
45
        Поверхностное натяжение, мН/м
1200
             
     1.3 Методы производства и области применения порошков на основе меди
     Производство порошка является первой технологической операцией при изготовлении спеченных изделий. Существующие методы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет варьировать их свойства. Это дает возможность придать изделиям требуемые физико-механические и другие специальные свойства. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет качество и экономические показатели его производства. Вот почему, выбирая метод получения, учитывают достигаемый уровень свойств металлического порошка и его стоимость. [Либенсон основы пор.мет.]
     1.3.1 Классификация современных методов получения порошков меди и ее сплавов
По материалам [ Ничипоренко порош. меди и ее сплавов]
     Порошки меди и сплавов на ее основе все шире используют в различных производственных отраслях.
     Метод получения порошка выбирают с учетом требуемых технологических характеристик последнего. Целесообразно получать порошки с заданными свойствами непосредственно в стадии основного производства, поскольку любая последующая обработка порошка увеличивает его стоимость и снижает производительность. 
     Основные методы получения порошков представлены в таблице 2, приведенные способы относятся в основном к получению порошков меди и ее сплавов.
Таблица 2 – Основные способы промышленного производства порошков меди и ее сплавов
Метод
Сущность метода
Сырье
Размер частиц, мкм
Форма частиц
        Механическое измельчение
Размол в шаровых и вибромельницах
Катодная медь, бронза
20-400
Осколочная чешуйчатая
        Восстановление оксидов
Обработка при 400-700?С, размол, рассев
Окалина, гидратные кеки
10-100
Конгломераты
        Распыление водой высокого давления
Диспергирование расплава, сушка, рассев
Высокосортный лом, катодная медь, латунь, бронза
20-400
Округлая, осколочная
        Распыление сжатым воздухом
Дробление струи расплава, сушка, рассев
Катодная медь, бронза
50-100
Округлая, сферическая
        Электрохимическое осаждение
Электролиз водных растворов
Катодная медь
1-400
Дендритная
        Автоклавный
Восстановление при повышенных температурах водородом
Медьсодержащие растворы
10-200
Развитая равноосная
        Цементация
Извлечение меди из растворов более активными металлами
Медьсодержащие растворы
5-50
Губчатая
             Порошки, получаемые механическим методом, используют для производства красок, катализаторов; этот способ мало распространен и его применяют, как правило, при небольшом объеме производства. Способ механического измельчения технологически и аппаратурно прост и доступен, однако он малопроизводителен и весьма трудоемок.
     Механическое измельчение литого металла применяют для получения порошков меди и бронзы. Предварительно чушку металла обрабатывают на станке, затем стружку размалывают в шаровой мельнице, либо подвергают вибропомолу; иногда для этой цели применяют планетарные мельницы. Очевидным недостатком механического метода измельчения является низкая производительность и большие трудозатраты, поэтому для получения крупных партий порошка указанный метод не применяют.
     Достаточно простым является также метод цементационного осаждения порошков меди с насыпной плотностью 0,6-2,4 г/см3 и удельной поверхностью 600-1300 см2/г. Свойства порошка можно изменять, варьируя состав раствора, тип металло-осадителя и условия осаждения.
     Широко распространен способ электролиза для получения металлических порошков, в том числе и порошков меди. Электролизом получают высокочистые порошки, обладающие уникальными свойствами, присущими только этому методу. Свойства частиц регулируются величиной плотности тока, составом электролита, продолжительностью осаждения. Высокая чистота порошков во многом определяется исходным сырьем – катодной медью с низким содержанием примесей. Недостатком метода является большая энергоемкость, а, следовательно, и высока стоимость порошка. Кроме того, порошки дендритной формы обладают малой, в ряде случаев нулевой текучестью, что ограничивает их применение для производства изделий.
     Для получения крупных партий порошков меди и ее сплавов используют распыление, электролиз и автоклавный метод.
     1.3.2 Основные области применения порошков меди и ее сплавов
     Порошки чистой меди и ее сплавов широко используют в промышленности, причем области их применения и номенклатура изделий непрерывно растут. Одной из наиболее существенных причин, определяющих этот рост, является возможность экономного расходования дорогостоящего металла, – практически полностью устраняется перевод металла в стружку, появляется возможность эффективно использовать отходы других производств, в результате чего коэффициент использования металла повышается в 2-4 раза. Одновременно существенно повышается качество, и улучшаются служебные характеристики получаемых изделий по сравнению с материалами, изготовленными традиционными методами. Возможности порошковой металлургии при изготовлении машиностроительных материалов являются практически неограниченными.
     Из порошков меди и ее сплавов изготовляют широкую гамму материалов, среди которых – конструкционные, электротехнические, антифрикционные, пористые, фрикционные и некоторые другие материалы.
     Электротехнические материалы. Наиболее широко в электротехнике применяют контакты скользящего и разрывного типов. Эти контакты, полученные методом порошковой металлургии, имеют уникальный состав и структуру, которые не достигаются никакими другими методами, одновременно значительно экономятся дорогостоящие металлы – серебро, вольфрам, медь.
     Скользящие электрические контакты (электрощётки) изготовляют в основном из порошков электролитической меди, либо бронзы и графита, иногда с добавками свинца и олова, которые улучшают контактные свойства изделий. Технологическая схема включает операции: смешивания порошков в необходимом соотношении: прессования смесей при давлениях 200-500 МПа и спекания в защитной газовой среде при 1000-1070 К для медно-графитовых материалов и 1170-1120 К для бронзо-графита. Состав материала щетки определяет ее группу и марку.
     Медно- и бронзо-графитовые щетки устанавливают в низковольтных генераторах, рассчитанных на большую силу тока, а также в тяговых двигателях низкого напряжения, в коллекторах синхронных и асинхронных двигателей с высокими плотностями тока.
     Разрывные электрические контакты применяют в магнитных пускателях, разного рода реле и контакторных устройствах. Эти контакты работают в сложных эксплуатационных условиях и поэтому должны обладать хорошей электро- и теплопроводностью, высокой механической прочностью и износостойкостью, противостоять эрозии и химической коррозии. К тому же контакты не должны быть слишком дорогостоящими. Для удовлетворения этих требований создают порошковые композиционные контактные материалы на основе серебра (серебро – никель, серебро – вольфрам, серебро – молибден, серебро – графит). Для более простых условий работы, в частности для устройств, работающих с масляным охлаждением, применяют композиции на основе меди (медь – вольфрам, медь – графит). Такие контакты дешевы, устойчивы против приваривания, обладают хорошей стойкостью в условиях мощного дугового разряда. Их недостаток – пониженная прочность и износостойкость.
     К числу деталей электротехнического назначения относят токосъёмные устройства, работающие при силе тока до 3000 А и плотности его до 40 А/мм2. Чистые металлы не могут обеспечить работу со столь высокими токовыми нагрузками, поэтому изделия содержат 85 % Сu, 7 % РЬ, 5 % Fе, Ni + МоS2 + С = 3%. Такие материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью и износостойкостью.
     Конструкционные материалы. По сравнению с порошковыми конструкционными деталями, изготовленными из порошка железа и на его основе, изделия, на медной основе производят в меньших количествах, ввиду их меньшей прочности и твердости. Однако, при изготовлении деталей, к которым предъявляют повышенные характеристики тепло- и электропроводности, коррозионной стойкости, а также для декоративных целей - используют порошки меди и ее сплавов. Высокие механические характеристики и в первую очередь – прочность обеспечиваются высокой плотностью изделия – не менее чем 96- 97%. Технологические особенности изготовления порошковых сплавов на основе меди не позволяют при однократном прессовании и спекании получить качественные изделия с такой плотностью, поэтому материал необходимо подвергать дополнительному уплотнению. Наиболее эффективным способом уплотнения пористых заготовок является холодная и горячая штамповка; последняя получила значительное распространение при обработке заготовок из порошков на основе меди. Плотность получаемых при этом деталей почти такая же, как и у литых‚ физико-механические свойства также соответствуют свойствам изделий из компактных материалов, что позволяет получать изделия сложной формы. Этот способ более дешев и экономически выгоден для получения деталей с пористостью – 3-5 % из порошков меди, бронзы и латуни, чем метод горячей штамповки.
     Медные изделия конструкционного назначения обычно изготовляют из электролитических порошков с дендритной формой и размером частиц – 160 мкм. Такие порошки обладают отличными характеристиками формуемости и уплотняемости, особенно порошки марки ПМС-Н и ПМС-В. В шихту также вводят 0,5-0,8 % стеарата цинка и прессуют ее при давлении 300 - 500 МПа. При этом получают заготовки с пористостью 15-20 %; их спекают в атмосфере водорода при 1270-1320 К, после чего плотность изделий составляет до 8 г/см3.
     Для производства конструкционных изделий используют также порошки бронзы с содержанием олова от 3 до 13 % Sn, иногда легированные фосфором и цинком для повышения твердости и улучшения обрабатываемости материала. Часто в качестве шихты применяют смеси распыленных порошков бронзы и олова; изделия из такой смеси обладают наиболее высокими характеристиками прочности и пластичности. Для производства изделий используют также чистые бронзовые порошки, полученные методами распыления или диффузионного насыщения. Бронзовые порошки хорошо уплотняются: после прессования при 300-500 МПа плотность заготовок составляет 7,8 г/см3, а после холодной штамповки получают детали плотностью 8,2 г/см3. Конструкционные изделия из бронзовых порошков имеют, как правило, плотность 7,8-8,8 г/см прочность на разрыв 170-350 МПа, удлинение 15-22 %.
     Антифрикционные материалы. К антифрикционным материалам предъявляют следующие основные требования: низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, хорошая прирабатываемость, высокая теплопроводность при достаточной прочности и незначительном тепловом расширении. Практически всем этим требованиям отвечают спеченные материалы на медной основе, которые получили широкое распространение в машиностроении, в частности при изготовлении элементов узлов трения: подшипников скольжения, втулок, вкладышей, шайб, подпятников и других изделий. Наиболее распространенными антифрикционными материалами на основе порошков меди являются пористая бронза, в том числе лакированная свинцом и фосфором, бронзо-графит, биметаллы из стальной полосы с покрытием из бронзы и медно-графитовые композиции. Простую бронзу обычно изготовляют из порошков меди и олова (9-10 % Sn) или же из порошка бронзы, что предпочтительнее. При прессовании под давлением 300-500 МПа и последующем спекании при 1020-1120 К получают материал с пористостью 15-28 %. Изделия после пропитки маслом успешно заменяют литые бронзовые детали. Пористую бронзу применяют для производства легконагруженных подшипников (скорость скольжения до 1,5 м/с, нагрузка 0,5-1‚0 МПа), которые устанавливают в узлах трения приборов, пусковых устройств, часовых механизмов, вентиляторов и т.п. 
     Широко применяют в промышленности узлы трения, изготовленные из материала железо – медь – графит; в нем содержится 10-20 % Сu. Она значительно повышает механические свойства материала, прирабатываемость деталей, теплоотдачу. Эти материалы работают в режиме самосмазывания при скоростях скольжения примерно 1 м/с и нагрузками до 4,5 МПа с коэффициентом трения 0,1 и менее.
     Из антифрикционных материалов, содержащих 3-5 % Cu, изготовляют поршневые кольца двигателей.
     Фрикционные материалы. Фрикционные материалы на медной основе применяют в муфтах сцепления и тормозных системах с тяжелым режимом работы. В качестве материалов основы широко используют композиции на оловянистой бронзы, а также медные сплавы с марганцем, никелем, кобальтом, хромом и т.п. Особо интересен материал на основе Сu – Ti, имеющий склонность к дисперсионному упрочнению, которое обусловлено растворимостью титана в меди. Фрикционные материалы на основе меди применяют в авиа- и машиностроении, в узлах тяжело нагруженных и ответственных тормозных устройств и др.
      

     2 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МЕДНОГО ПОРОШКА
     2.1 Описание образца
     Образец, используемый для исследования, представляет собой порошок электролитической меди. Порошок медный электролитический изготавливается методом электролиза в соответствии с требованиями ГОСТ 4960-2009. Данный стандарт распространяется на медный порошок, получаемый электролитическим методом, предназначенный для производства деталей методом порошковой металлургии и других целей. 
        
     2.1.1 Химические и технологические свойства порошка меди
     Химический состав порошка соответствует нормам, представленным в таблице 3.
Таблица 3 – Химический состав медного порошка ПМС-1
Марка порошка
Химический состав, %
Влаги  %,  не более
        
Меди, не менее
железа
свинца
мышьяка
сурьмы
кислорода
сернокислых соединений металлов в пересчете на ион SO4-
прокаленного остатка после обработки азотной кислоты 

        ПМС-1
99,5
0,018
0,05
0,003
0,005
0,20
0,01
0,04
0,05
             Гранулометрический состав медного порошка должен соответствовать нормам, указанным в таблице 4.
Таблица 4 – Гранулометрический состав медного порошка ПМС-1
Марка порошка
Номинальная величина частиц порошка, мм
Прохождение через сито с сетками по ГОСТ-6613-86, %, не менее
Остаток на сите номинальной величины, %, не более
        

01К
0071К
0045К

        ПМС-1
0,1
99,5
90
65–80
0,5
             Насыпная плотность медного порошка должна соответствовать нормам, указанным в таблице 5.
Таблица 5 – Насыпная плотность медного порошка ПМС-1
Марка порошка
Насыпная плотность, г/см3
Допустимое отклонение значения насыпной плотности единичной упаковки от среднего значения показателя в партии
        ПМС-1
1,25–1,9
±0,1
             Медный порошок не должен иметь посторонних примесей и комков.
     Данная марка порошка примечательна тем, что имеет относительно невысокую цену (если сравнивать с отечественными и зарубежными аналогами). Одновременно с этим, по своим физико-техническим показателям и эксплуатационным характеристикам медный порошок ПМС-1 мало в чем уступает современным маркам серебряных и золотых порошков. Порошок марки ПМС-1 применяется в электротехнической, приборостроительной, автомобильной, авиационной, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Он служит для изготовления различных деталей со специальными свойствами. [Анциферов]
     2.2 Термический анализ порошка меди
     Для исследования теплофизических свойств образца был проведен термический анализ. Термический анализ – метод исследования физико- химических процессов, основанный на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях программирования температуры. Этот метод позволяет фиксировать кривые нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры образца во времени. В случае какого-либо фазового превращения в веществе (или в смеси веществ) происходит выделение или поглощение теплоты и на кривой (термограмме) появляются площадка или изломы. Кривые позволяют установить температуры, при которых имеют место тепловые эффекты, а также судить и об их величине и знаке.
     Большое распространение термоаналитических методов исследования объясняется быстротой получения разнообразной физико-химической информации, возможностью изучения различных по своей природе объектов, а также наличием стандартного оборудования. Эти методы используют и в научно-исследовательской практике, и при производстве многих материалов для контроля качества продукции. В настоящее время можно без преувеличения говорить о термическом анализе как об одном из самых распространенных физико-химических методов исследования [Шестак].
     2.3 Порядок проведения эксперимента
     2.3.1 Создание программы измерения
     Началу каждого измерения на калориметре должно предшествовать программирование эксперимента, которое осуществляется с помощью программного обеспечения термоанализатора. Под этим понимается создание файла, который будет содержать всю информацию о предстоящем эксперименте, а также последовательность команд по управлению нагреванием/охлаждением образца и работой электромагнитных клапанов газовой цепи прибора. Для создания температурной программы измерений необходимо указать пределы и скорость изменения температуры и, при необходимости, продолжительность изотермической выдержки. В целом, температурная программа может состоять из многих этапов, каждый из которых, описывается своими независимыми параметрами.
     В нашем случае, температурная программа представляла собой стадию нагревания от комнатной температуры до 1200?С, изотермическую выдержку в течении 15 минут и охлаждение до комнатной температуры. Скорость изменения температуры принимали равной 10К/мин.
     2.3.2 Подготовка тиглей
     Для измерений требовались два тигля с крышками: один из тиглей нужен для помещения исследуемого образца, другой тигель (пустой) выполняет функцию эталонного тигля (тигля сравнения). Для работы были использованы керамические высокоглиноземистые тигли (на основе Al2O3), оснащенные крышками из того же материала.
     Для удаления возможных загрязнений тигли предварительно прокалывали при температуре не менее 1250?С. Во избежание загрязнения тиглей, не допускалось брать их руками без защитных перчаток, рекомендовалось максимально широко пользоваться пинцетом. Нельзя было ставить тигли на грязные поверхности, т.к. это могло привести к загрязнению измерительной ячейки.
     Оба тигля и крышки тщательно взвешивали (с точностью до 0,01 мг) для оценки их возможного загрязнения примесями и для уточнения степени прокаленности посуды.
      2.3.3 Подготовка образца
     Поскольку образец находился в порошкообразном состоянии, то никаких специальных мероприятий по пробоотбору он не требовал. Основным критерием была масса образца, для определения температур фазовых переходов нам требовалось подготовить образец в пределах нескольких десятков миллиграмм и подходящий по размерам тигля.
     В каждом опыте взвешенный образец помещали в один из тиглей, и в дальнейшем, устанавливали этот тигель в соответствующее гнездо датчика. В данном эксперименте масса порошка меди составила 85,8 мг.
     2.4 Результаты измерений и обсуждения
     Все полученные в ходе исследования результаты представлены графически в данном разделе. С помощью метода дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) определены температуры фазовых переходов (точки плавления и кристаллизации) порошка меди. Скорость изменения температуры ±10 К/мин, масса образца m = 85,80 мг. Нагрев осуществлялся до температуры 1200°С.
     Ожидаемые теплофизические свойства образца оценивали с помощью равновесной диаграммы Cu–Sn [6] (рисунок 1.). Исходя из диаграммы, можно увидеть, что предположительные интервалы плавления меди должны быть в интервале температур 860-1200°С.


  
     На рисунке 2 показаны кривые ДСК, характеризующие поведение меди при нагревании и охлаждении в исследованном интервале температур. Процессы плавления и кристаллизации четко отображаются на этих кривых в виде эндотермического и экзотермического пиков, соответственно. Заранее известно, что медь, как и любой другой чистый металл, имеет строго определенную фиксированную температуру плавления. Т.е. этот фазовый переход является инвариантным. Поэтому из кривой нагревания определяли только точку плавления, как температуру начала эндотермического пика. В соответствии с общепринятой практикой термического анализа и калориметрии, эту точку находили по пересечению двух касательных. Одна касательная проводится к базовой линии, а вторая касательная – к боковой образующей пика в точке перегиба. Найденные таким образом точка плавления меди и теплота плавления составляют 1079?С и 186,38 Дж/г, соответственно. Можно заметить, что температура начала кристаллизации, по данным ДСК лежит заметно ниже измеренной точки плавления. В этом нет ничего странного, если принять во внимание, известную склонность металлов и сплавов к переохлаждению при затвердевании. Найденные значение температуры и теплоты плавления согласуются со справочными данными [5] (1084?С и 192,96 Дж/г соответственно) в пределах погрешности измерений. 
     В результате полного переплава медного порошка в инертной атмосфере образец приобрел вид чистой блестящей капли почти сферической формы. Убыль массы образца составила 0,2%, что является пренебрежимо малой величиной.
     Экспериментальные данные не противоречат известной литературной информации [5], некоторое снижение теплоты плавления, скорее всего, связано с наличием в медном порошке небольших примесей или растворенных газов. 
      
      
      
     3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
     3.1 Технологическая схема производства медных изделий
     Целью данной работы является подготовка исходных данных для проектирования участка цеха по производству электрических контактов из порошков меди марки ПМС-1.
     Технологические приемы производства электрических контактов методом порошковой металлургии весьма разнообразны, они обеспечивают возможность получения изделий не только заданного химического состава, но и с заданной структурой, определяющей оптимальное сочетание свойств. Методом порошковой металлургии можно создать такого рода композиции, в которых за счет сохраняющихся неизменными свойств отдельных компонентов могут быть суммированы все свойства, которыми должен обладать контактный сплав. Схема производства заключается в приготовлении смесей порошков металлов, прессовании заготовок изделий, а затем высокотемпературном спекании. [Анциферов] 
     Принципиальными элементами технологии производства электроконтактных материалов методом порошковой металлургии являются:
     
      
      
      
      
      
      
      
     3.2 Описание технологического процесса 
     3.2.1 Подготовка шихты
    Процессы подготовки порошков к прессованию занимают важное место в общей схеме металлокерамического производства.
    Перед приготовлением шихты осуществляется подготовка исходных материалов к прессованию, которая, в первую очередь, включает в себя проверку насыпной плотности компонентов шихты отделом технического контроля.
    Процесс приготовление шихты для производства изделий на основе меди заключается в подготовке составляющих: меди и стеарата цинка, их взвешивании и смешивании в смесителе. Масса компонентов шихты определяется исходя из общей массы смеси и процентного содержания каждого компонента. В таблице 6 указано содержание компонентов, исходные компоненты взвешивают на весах. Взвешивание компонентов массой от 0,1 до 10 кг осуществляют на весах с ценой деления не более 5 г, от 10 до 100 кг на весах с ценой деления не более 0,2 кг. Смешивание одна из важных и объективно необходимых операций при изготовлении порошковых изделий, так как от качества смешения во многом зависят их конечные свойства. Смешивание порошков необходимо для:
      * получения порошка заданного гранулометрического состава в требуемом соотношении расклассифицированных на фракции порошков;
      * усреднение порошков, полученных в течение одного или нескольких циклов;
      * приготовление смесей для изготовления из них деталей.
    При производстве медных деталей используются следующие компоненты (таблица 6):
      * порошок медный электролитический марки ПМС-1;
      * стеарат цинка стабилизатор ПВХ чистый или смесевой (используется как пластификатор).

Таблица 6 – Перечень и характеристика компонентов, необходимых для производства изделий на основе меди
Компоненты
Марка, ГОСТ
Количество, вес, %
Насыпная плотность, г/см3
        Медь (Сu)
Электролитическая, ПМС-1
100
1,7-2,0
        Стеарат цинка (ZnSt2)
Стабилизатор ПВХ марки С (чистый или смесевой) ТУ 6-09-17-316-96
0,5
2,4-2,55
             Не выгружая шихту из смесителя, после смешивания производят измерение насыпной плотности. При соответствии насыпной плотности, указанной в таблице 6, шихту выгружают из смесителя в бункер (барабан). При высокой насыпной плотности порошок маркируют как несоответствующую продукцию.
      3.2.2 Прессование
    Прессование представляет собой формование тел путем приложения давления к порошку, который находится в закрытой форме или оболочке. [Глухов] Главным назначением процесса прессования является формование полуфабрикатов определенных размеров и форм, а также придание прессовкам определенной прочности, необходимой для сохранения формы во время последующего обращения с брикетом. Сущность процесса прессования заключается в деформировании некоторого объема сыпучего порошкового тела обжатием, при котором происходит уменьшение первоначального объема и формирование брикета заданной формы. Способность получаемых порошков к уплотнению в.......................