Armaty z proszku

Gdy po raz pierwszy zwiedza się hutę żelaza, to jednym z głównych wrażeń, jakie zwiedzający odnosi, jest masa pyłu, dymu i kurzu, z którego wyłaniają się potężne urządzenia i hale. Gorąco i hałas, a przynajmniej nieustanny szum, towarzyszą nam na wszystkich działach zakładu. Te trzy elementy, docierające najłatwiej do naszej świadomości, w połączeniu z oślepiającym światłem, jakie bije z płynnego metalu, tworzą niejednokrotnie wspaniałe i groźne widowiska, jak np. spust wielkiego pieca lub pieca martinowskiego czy też praca walcowni. Zżyliśmy się do tego stopnia z takim obrazem huty, że trudno nam sobie inaczej wyobrazić hutnika, jak nie w ochronnym, spracowanym stroju, okularami ochronnymi na spoconej twarzy, oświetlonego migotliwym blaskiem bijącym z pieca. Widok niewątpliwie budujący, ale dla danego osobnika niezbyt przyjemny.

A tymczasem istnieje cała nowa gałąź metalurgii, tak zwana metalurgia proszków lub ceramika metali, która, w odróżnieniu od metalurgii ogniowej, jest ..salonową“. Oczywiście nie względy estetyki czy wygody zaważyły przy obraniu tej metody, gdyż te są przeważnie na ostatnim miejscu w planach konstruktorów i techników, ale istnieją inne poważne przyczyny

natury technicznej i ekonomicznej, które przemawiają za rozwojem procesów ceramiki metali. Pracować można tutaj w białej koszuli, co czyni właśnie tamże obywatel, siedzący przy przedziwnej machinie, niewiele przypominający nam obraz widziany zapewnie w hucie.

Co to takiego jest metalurgia proszków? Otóż jest to proces techniczny, w czasie którego otrzymujemy z proszków metali, sprasowanych wysokim ciśnieniem i następnie spieczonych w temperaturach niższych od punktu topliwości metalu, gotowe produkty nie wymagające dalszej obróbki mechanicznej.

Co można produkować tym sposobem? Wszystko.

lub prawie wszystko, jak nas poucza skromny przegląd produktów ceramiki metali na fot. 2 Widzimy tam panewki do łożysk, uszczelki, magnesy, koła zębate, tarcze, pierścienie i kulki, osie i różne części maszyn.

Punktem wyjściowym, jak już zaznaczyłem, są proszki metali, a nawet i niemetali, w formie chemicznie czystej, lub też odpowiednio przyrządzonych mieszanin. Istnieje wiele sposobów otrzymywania czystych metali w formie proszków, bądź to wychodząc z materiału odlanego, bądź też uzyskując proszek od razu z rud metalu. Do niedawna stosowano jedynie sposoby proszkowania lanego metalu, ale ostatnio produkuje się na wielką skalę metale od razu w formie proszków, np. żelazo czy nikiel sposobem karbonylowym. Proszki metali odznaczają się dużą czystością chemiczną, a mieszając je ze sobą możemy otrzymywać dowolne kombinacje metali i metaloidów, co jest nieraz wręcz zupełnie nieosiągalne dotychczasowymi metodami odlewniczymi metalurgii ogniowej. Ta zaleta jest jednym z głównych powodów wyższości — oczywiście w pewnych wypadkach — metalurgii proszków nad dotychczasową metalurgią. Ziarna proszku są bardzo drobne, niekiedy nawet poniżej jednej tysiącznej części milimetra, ale stosuje się też i ziarna grubsze, do 0,5 mm, a to zależnie od przeznaczenia produktu.

 

Mamy teraz  kupkę proszku. Jak z niej otrzymać talerzykowatą część uzbrojenia, pokazaną po prawej stronie? W tym celu zsypuje się proszek do specjalnej stalowej formy i prasuje na prasach hydraulicznych, typu pokazanego na fot. 1. Ten pan w białej koszuli właśnie kontroluje wspomnianą operację prasowania. Ciśnienie prasowania dochodzi do 15.000 atmosfer, a nawet nieraz więcej, zsypu proszku w odpowiedniej ilości do formy dokonywuje maszyna automatycznie za pomocą stożkowatego leja, poczerń gotowa sprasowana forma wypchniętą zostaje przez specjalny tłok od dołu. Sprasowany magnes wypchnięty dopiero co na stolik prasy. U góry tłok prasujący (drugi taki sam znajduje się od dołu, prasa bowiem jest dwustronnie działająca.).

Sprasowana kształtka jest dość zbita, by nią można było swobodnie operować, jednak do pracy nie nadaje się jeszcze ze względu na nikłe własności wytrzymałościowe. Celem uczynienia z niej jednolitego metalu, prasówkę poddaje się spiekaniu w atmosferze wodorowej w’ piecach elektrycznych ciągłych. Temperatura spiekania leży zawsze poniżej punktu topliwości przeważającego składnika, lecz mimo to na skutek dyfuzji, deformacji itd. materiał złącza się w jednolity metal, w którym mamy jedynie do czynienia z niedostrzegalnymi nieraz porami.

Piece elektryczne są dość długie (12 — 16m). Z przodu widoczny jest mostek i drzwiczki do wsuwania sprasowanych kształtek, które następnie poruszają się stale ku środkowi pieca i dalej, do niższej komory chłodzącej, skąd wreszcie opuszczają piec z przeciwnej strony podobnymi drzwiczkami. Całość procesu spiekania odbywa się celem ochrony przed utlenieniem metalu w atmosferze ochronnej, najczęściej wodorowej.

Ponieważ temperatura spiekania jest niższa, jak już wspomniałem, od punktu topliwości metalu i wynosi od 3/4 do 4/5 tejże, mamy tutaj oczywisty zysk temperatury, co jest szczególnie ważne przy metalach trudnotopliwych. W czasie spiekania następuje pewien skurcz, który należy z góry uwzględnić przy projektowaniu form do prasowania.

Po spieczeniu i wystudzeniu, kształtka jest już gotowa do użytku. Kształt, nadany jej podczas prasowania proszku w formie, pozostaje i wszelka dalsza obróbka jest zbyteczna, co jest szczególnie ważne przy metalach trudnoobrabialnych lub drogocennych. Zupełny brak główek, ścinków i odpadków stwarza z tej metody idealny proces do produkcji masowej artykułów standardowych.

W Stanach Zjednoczonych metalurgia proszków święci duże tryumfy, gdyż produkuje się tam masowo różne wyroby z proszków metali, między innymi części do armat do wagi 40 kg, zamki do karabinów i inne. W Europie rozwinęła się ceramika metali w Anglii, Szwecji, Niemczech i Szwajcarii. Sposobem tym wytwarza się także włókna wolframowe do żarówek elektrycznych, kontakty elektryczne, porowate samooliwiące się panewki do łożysk i wiele innych rzeczy.

W Polsce wytwarza się metodą metalurgii proszków twarde metale jako końcówki do noży skrawalniczych i przeciągadła do drutu, oraz wolframowe kontakty dla przemysłu motoryzacyjnego.

Opracowywaniem innych technicznych zastosowań metalurgii proszków w przemyśle zajmuje się Hutniczy Instytut Badawczy w Gliwicach.