소결의 기본 원리 소개

(1) 소결의 기본 원리
소결은 분말 야금 생산 공정에서 가장 기본적인 공정 중 하나입니다. 소결은 최종 제품의 성능에 결정적인 역할을 합니다. 소결로 인해 발생한 불량은 후속 공정으로 보완할 수 없기 때문입니다. 반대로 소결 전 공정에서 발생한 특정 결함은 소결 온도를 적절히 변경하거나 가열 및 냉각 시간과 속도를 조정하는 등 소결 공정을 조절하여 일정 범위 내에서 보정할 수 있습니다.

소결은 분말 또는 분말 성형체를 기본 성분의 녹는점보다 낮은 온도까지 가열한 다음, 일정한 방식과 속도로 실온까지 냉각하는 공정입니다. 소결의 결과로 분말 입자들이 서로 결합하고 소결체의 강도가 증가합니다. 소결 과정에서는 일련의 물리적·화학적 변화가 일어나 분말 입자 집합체가 결정립 집합체로 변하며, 그 결과 필요한 물리적·기계적 특성을 갖춘 제품 또는 재료를 얻습니다. 소결 중에는 분말 입자의 결합 외에도 치밀화, 합금화, 열처리 및 접합이 일어날 수 있습니다. 일반적으로 금속 분말 소결 공정은 다음과 같이 분류합니다:
1. 단상 분말(순금속, 고대 용융물 또는 금속 화합물) 소결
2. 다상 분말(금속-금속 또는 금속-비금속) 고상 소결
3. 다상 분말 액상 소결:
4. 용융 침투
일반적으로 처음 세 가지 소결 유형이 현재 PORITE 마이크로 베어링이 접하고 이해해야 하는 소결 유형입니다. 일반적으로 소결 과정에서 분말 입자는 다음과 같은 변화 단계를 거칩니다
1. 입자들이 연결되기 시작함
2. 입자 사이의 결합 목이 성장함
3. 기공 통로가 닫힘
4. 기공 구형화
5. 기공 수축
6. 기공 조대화
위 소결 공정에서 나타나는 다양한 변화는 물질의 이동 및 이행과 밀접한 관련이 있습니다. 이론적으로 그 메커니즘은 다음과 같습니다:
1. 증발 및 응축
2. 체적 확산
3. 표면 확산
4. 입자 간 확산
5. 점성 유동
6. 소성 유동

(2) 소결 공정

2-1. 소결 공정
분말 야금의 소결 공정은 대략 네 가지 온도 단계로 나눌 수 있습니다:
가열
소결 및 보온
서냉
급속 냉각
1. 저온 예비 소결 단계. 이 단계에서는 금속의 회복, 흡착 가스와 수분의 휘발, 성형된 압분 시트 내 성형제의 분해 및 제거 등이 주로 일어납니다. PORITE 마이크로 구리 및 철 베어링에서는 저온 예비 소결 단계를 대신하여 R, B, 0(Rapid Burning 0ff)을 사용합니다. R, B, 0 후 구리 및 철 제품은 산화되지만 소결체 내부에서 환원될 수 있으며 소결을 촉진할 수도 있습니다.
2. 중온 소결 단계. 이 단계에서는 재응집이 나타나기 시작합니다. 먼저 입자 내부에서 변형된 입자들이 회복되고 재배열되어 새로운 입자로 조직됩니다. 동시에 입자 표면의 산화물이 완전히 환원되고 입자 계면에 소결 목이 형성됩니다.
3. 소결 단계는 고온 유지로 완료됩니다. 이 단계는 소결의 주요 공정입니다. 확산과 유동이 충분히 진행되어 거의 완료되면 다수의 폐기공이 형성되고 계속 수축하므로 기공 크기와 총 기공 수가 감소하고 소결체의 밀도가 크게 증가합니다.
4. 냉각 단계: 실제 소결 공정은 연속 소결이므로, 소결 온도에서 일정 시간 서서히 냉각한 후 노가 실온에 도달할 때까지 빠르게 냉각하는 과정도 오스테나이트 분해와 최종 조직의 점진적 형성이 이루어지는 단계입니다.
온도는 일반적으로 최고 소결 온도, 즉 유지 온도를 의미하며, 일반적으로 절대 용융점 온도의 1/2~4/5입니다. 온도 지수 a=0.67~0.80이며, 하한은 재성형 제품 온도보다 약간 높고, 상한은 주로 경제적·기술적 관점에서 고려하여 소결 시간과 함께 선정합니다. 2-2. 소결 공정에 영향을 미치는 요인:
1. 재료의 특성(각종 계면 에너지와 자유 에너지 포함): 확산 계수, 점도 계수, 임계 전단 응력, 증기압과 증발 속도, 격자 유형과 생성물 형상, 이형 변태 거동 등을 포함합니다. 2. 분말 특성: 입자 크기, 입자 형태와 형상, 입자 구조, 입자 화학 조성을 포함합니다.
3. 압분체의 물리적 특성: 성형 밀도, 성형 잔류 응력, 입자 표면 산화막의 변형 또는 파괴, 압분체 기공 내 가스 등을 포함합니다.
4. 소결 공정 매개변수: 유지 시간, 가열 및 냉각 속도, 소결 가스 등을 포함합니다. 2-3. 소결 중 압분체의 크기와 밀도 변화
생산 과정에서는 제품의 크기와 형상 정밀도에 대한 요구가 매우 높습니다. 따라서 소결 중 그린 콤팩트의 밀도와 치수 변화를 제어하는 것은 매우 중요한 문제입니다. 부품의 밀도와 치수 변화에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.
1. 수축 및 기공 제거: 소결하면 수축과 기공 제거가 발생하며, 즉 소결체의 부피가 감소합니다.
2. 봉입 가스: 프레싱 및 성형 중에 성형된 그린 콤팩트 내부에 폐쇄된 고립 기공이 많이 형성될 수 있습니다. 가열하여 압궤하면 이러한 고립 기공 내부의 공기가 팽창합니다.
3. 화학 반응: 그린 시트와 소결 분위기의 특정 화학 원소가 그린 시트 원료에 포함된 일정량의 산소와 반응하여 기체를 생성하면, 이 기체가 증발하거나 그린 시트에 남아 그린 시트가 수축하거나 팽창합니다.
4. 합금화: 두 가지 이상의 원소 분말이 합금화될 때 한 원소가 다른 원소에 용해되어 고용체를 형성하면 기본 격자가 팽창하거나 수축할 수 있습니다.
5. 윤활제: 일정량의 윤활제를 금속 분말에 혼합하여 그린 시트로 프레스 성형하면, 일정 온도에서 혼합된 윤활제가 연소되어 그린 시트가 수축합니다. 그러나 분해로 생성된 기체 물질이 소결체 표면에 도달하지 못하면 그린 시트가 팽창할 수 있습니다.
6. 프레싱 방향: 소결 중 성형체의 치수 변화는 프레싱 방향에 수직인 방향과 평행한 방향에서 동일하지 않습니다. 일반적으로 수직 방향(반경 방향)의 치수 변화율이 더 크고, 평행 방향(축 방향)의 치수 변화율은 더 작습니다.
2-4. 소결 전 준비
소결된 제품이 소결 온도와 메시 벨트 속도에 적합한지 확인하고, 소결할 제품을 검사한 후 부적합한 프레스 성형 그린 시트를 제거합니다. 일반적으로 공정 도면의 요구 사항에 따라 검사합니다. 보통 제품의 기하학적 치수와 편차, 즉 프레스 성형 그린 시트의 밀도와 그린 시트에 가장자리 및 모서리 파손, 층간 박리 균열, 심한 거칠어짐이 있는지를 검사합니다.
프레스 성형된 그린 시트의 형상과 크기에 따라 소결 방법(예: 세워서, 눕혀서, 배출 방식)을 결정합니다. 그런 다음 공압 노즐을 사용하여 제품 표면에 남아 있는 먼지를 불어냅니다. 특수한 경우에는 고알루미늄 판을 소결해야 합니다. 2-5. 소결 후 마무리 작업
소결 후에는 먼저 제품을 검사하고, 부적합한 부품을 분리해야 한다. 그런 다음 제품 분류에 따라 기름칠하고 가지런히 적재한다. 특수한 경우에는 제품을 공용 기계(드럼)에 넣어 버를 제거하고 서로 달라붙은 부품을 분리해야 한다.
2-6. 소결로 불량품 분석
소결 불량품에는 공정 중 회수할 수 없는 불량품과 재처리를 통해 적격 제품으로 전환할 수 있는 "재소결 제품"이 포함된다.
1. 변형 및 뒤틀림
2. 기포 발생 및 균열
3. 피트
4. 치수 편차
5. 과소결 및 미소결
6. 산화 및 탈형
7. 금속 조직 결함

(3) 소결로의 기본 구조 및 메쉬 벨트 소결로 소개

고품질의 저비용 분말 야금 제품을 대량 생산하려면 소결 중 가열 속도, 소결 온도와 시간, 냉각 속도와 시간, 냉각 속도와 퍼니스 분위기 등의 요소를 엄격히 제어해야 한다. 따라서 적합한 소결로를 선택하는 것은 분말 야금 생산의 중요한 부분이다.
3-1. 소결로의 분류
가열 방식에 따라 연료 가열식과 전기 가열식으로 나뉜다:
생산 방식에 따라 간헐식과 연속식으로 나뉜다:
소결 제품의 이송 방식에 따라 연속 소결로는 메쉬 벨트식, 베드식, 푸셔 보트식 및 스테핑식으로 나뉜다

분말 야금 공정에서는 소결로 구조에 다음과 같은 요구 사항이 있다:
1. 퍼니스 내부의 환원 분위기를 유지하고 공기 유입을 방지하기 위한 밀폐형 퍼니스 외함 또는 머플 슬리브가 있다
2. 안정적이고 신뢰할 수 있는 소재 이송 장치가 있다
3. 압착 성형된 프레스 성형체에서 윤활제와 흡착 가스를 제거하기 위한 예열 구역이 있다
4. 제품에 충분한 소결 및 보온 공정이 이루어지도록 충분한 출력의 고온 소결 벨트
5. 산화를 방지하고 최종 금속 조직을 형성하기 위한 워터 재킷 냉각 벨트
6. 가열 속도, 소결 온도, 보온 시간, 냉각 속도 등을 조절하고 제어하는 장치
7. 엄격한 온도 제어 시스템
8. 퍼니스 챔버 단면의 온도 분포가 균일하다
9. 발열체는 소결 온도 조건의 요구사항을 충족해야 합니다.
10. 전기로를 열고 닫을 때와 투입 및 배출할 때 공기가 로 안으로 역류하지 않아야 하며, 로에 수증기가 부착되어서는 안 됩니다.

분말 야금 소결 전기로는 일반적으로 예열 벨트, 소결 벨트 및 냉각 벨트의 세 부분으로 구성됩니다. 전체 로 본체 구조는 일반적으로 머플 슬리브와 수직으로 연결되어 하나의 본체를 이루며, 노관에는 보호 가스가 주입됩니다(그림 참조). 소결로에서 세 벨트의 기능은 다음과 같습니다.
1. 예열 벨트: 분말 성형체를 예열하고 윤활제를 태워 제거합니다.
2. 소결 벨트: 성형체를 지정된 온도에서 충분히 오랫동안 유지하여 소결 부품에 필요한 물리적 및 기계적 특성을 얻습니다.
3. 냉각 벨트: 예냉 벨트와 워터 재킷 냉각 벨트를 포함합니다. 성형체를 고온에서 재결정 온도까지 서서히 냉각한 다음 빠르게 냉각하여 제품의 최종 조직 구조를 얻습니다. 3-4. 메시 벨트 소결로 소개
메시 벨트 소결로는 철계 및 구리계 제품의 소결에 가장 널리 사용되는 소결로입니다. 메시 벨트는 내열 합금으로 제작됩니다. 일반적으로 최대 소결 온도는 <1150℃입니다. 메시 벨트의 폭과 로의 크기는 제품의 크기와 수량에 따라 선정합니다. 메시 벨트는 구동 장치에 의해 구동되어 고리형 메시 벨트가 로 내부에서 연속 순환하도록 함으로써 재료를 이송합니다. 제품은 철망에 적재하거나 메시 벨트 위에 직접 올려놓을 수 있으며, 메시 벨트와 함께 이동하면서 성형체가 예열, 소결, 냉각된 후 최종적으로 배출구에서 배출됩니다. 구체적인 작업 공정은 "3005 소결로 작업 표준"에 나와 있습니다. 최근 사용되는 R.B.0. 장치는 가스 또는 액화석유가스를 직접 연소하여 탈왁스를 가속하는 방법입니다. RB0 방법을 사용하면 예열 구역의 길이를 줄이고 장비 설치 면적을 절약할 수 있으며, 윤활제 증기의 배출에 유리하고 다량의 보호 가스를 절약하는 동시에 로의 생산량을 크게 높일 수 있습니다. 구체적인 작업 공정은 "R.B.0 작업 절차 표준"에 나와 있습니다.