# Metalurgija praha

Žareća nit od volframa za električne žarulje se dobiva metalurgijom praha.
Oštrice od tvrdog metala dobivene metalurgijom praha.
Pločice za rezanje od volframovog karbida dobivene metalurgijom praha.
Uzorci legure Invar.
Nož s prevlakom titanijevog oksinitrida.
Metal rodij: prah, prešani komad i lijevan komad.
**Metalurgija praha** ili **praškasta metalurgija** (eng. *Powder Metallurgy* - PM) je tehnologija proizvodnje mehaničkih konstrukcijskih i drugih dijelova od metalnih prahova. Pri tome se odvijaju dva postupka:

* **kompaktiranje** – zbijanje metalnog praha u željeni oblik i
* **sinteriranje** – povezivanje čestica praha u čvrstu masu.

Mehanička su svojstva proizvoda uglavnom jednaka, a nekim slučajevima i bolja od proizvoda istog kemijskog sastava koji su izrađeni rezanjem strugotine, valjanjem ili kovanjem. Osnovna su svojstva proizvoda praškaste metalurgije da se postiže mala površinska hrapavost (< 63 μm), velika točnost dimenzija (< 0,125 mm) i proizvodnost je velika. Prema tome, postupci praškaste metalurgije konkuriraju tradicionalnim strojarskim postupcima: skidanju strugotine, preciznom lijevanju, tlačnom lijevanju, kovanju u ukovnjima.

U metalurgiji praha se najviše koriste prahovi željeza, čelika i aluminija. Koriste se i prahovi od bakra, legura bakra (mjedi, bronce) i superlegura (na bazi nikla i kobalta). Također se koriste vatrootporni metali kao što su molibden i volfram. U materijale metalurgiji praha često se uključuju i karbidi metala (volframov karbid, titanijev karbid). Tipični su proizvodi metalurgije praha: zupčanici, lančanici, ležajevi, električni kontakti, te različiti dijelovi strojeva. Zbog oblika i potrebe za učinkovitim podmazivanjem, kada se proizvode u velikim količinama, zupčanici i ležajevi su idealni za metalurgiju praha.

## Prednosti i nedostaci

Prednosti metalurgije praha su:

* moguća je masovna proizvodnja dijelova u konačnom obliku ili blisko konačnom obliku, bez dodatne obrade skidanjem strugotine;
* postižu se točnije dimenzije dijelova nego kod većine postupaka lijevanja;
* ravnomjerna sitnozrnata mikrostruktura;
* mogu se oblikovati metali koje je teško oblikovati drugim postupcima (žareća nit od volframa za električne žarulje);
* mali su gubici materijala (oko 3%);
* moguća je izrada proizvoda od smjese više metala koji nisu međusobno topivi, te smjesa metala i keramika (oksidi, vatrootporne keramike);
* moguća je izrada dijelova zadate poroznosti (filtri, ležaji i zupčanici impregnirani uljem za podmazivanje);
* automatizacijom postupka mogu se postići velike proizvodnosti.

Nedostaci metalurgije praha su:

* visoka je cijena potrebne opreme i alata;
* prahovi metala su skupi;
* javljaju se određene poteškoće u skladištenju prahova metala (korozija, opasnost od požara);
* ograničeni su oblici dijelova koji su mogu izraditi zbog poteškoća lateralnom tečenja praha u kalupu, javljaju se promjene gustoće, osobito kod dijelova složenih oblika.

## Prahovi

**Prah** je fino usitnjena kruta čestica. Inženjerski prahovi obuhvaćaju metale i keramike. Pri određivanju dimenzija i razdiobe čestica, prah se prosijava kroz seriju sita različitih dimenzijama kvadratnih otvora. Broj otvora ili MC (eng. *Mesh Count*) opisuje broj otvora sita po inču. Prema tome, MC = 100 označava sito koje ima 100 otvora po inču, odnosno 100 x 100 = 10 000 otvora po kvadratnom inču. U SI jedinicama je to 4 otvora/mm, odnosno 16 otvora/mm2. Što je veći MC to su sitniji otvori sita i kroz njih će propadati sitnije čestice. Proizvode se prahovi dimenzija čestica od 0,000001 do 0,1 mm.

U provedbi postupaka metalurgije praha koristi se prahovi različiti kemijskih sastava:

* elementarni: sadrže samo jedan kemijski element i koriste se kada je potrebno postići visoku čistoću proizvoda. Uobičajeni su elementarni prahovi od željeza, aluminija i bakra.
* smjese: za dobivanje specijalnih legura, koje je teško dobiti na uobičajene načine, miješaju se čestice više elementarnih prahova. Primjer su alatni čelici.
* predlegirani prahovi: sastav čestica praha odgovara po sastavu leguri koju je teško dobiti miješanjem čestica više elementarnih prahova. Uobičajeni su predlegirani prahovi od nehrđajućeg čelika, određene legure bakra i brzorezni alatni čelici.

## Postupci praškaste metalurgije

Tehnologija praškaste metalurgije, uključivo pripremu prahova i doradu komada, se može podijeliti na:

* Konvencionalni postupak prešanja i sinteriranja: provodi se u 3 koraka i to mješanje praha (formiranje homogene mješavine prahova), kompaktiranje (zbijanje mješavine prahova uz oblikovanje zadate geometrije) i sinteriranje (grijanje kompaktiranog komada do temperature ispod tališta, kako bi se uspostavile krute veze čestica i time očvrsnuo komad).
* Hladno izostatičko prešanje (engl. *Cold Isostatic Pressing*): prah se preša pod djelovanjem tlaka fluida od 400 MPa do 1 GPa.
* Injekcijsko prešanje metala (engl. *Metal Injection Moulding*): može se prešati ograničen broj metala i to niskolegirani i nehrđajući čelici, legure za meke magnete, mjedi, bronce, čisti nikal, elektroničke legure željeza s 36 % nikla (Invar) i željeza nikla i kobalta (*Kovar*), WCu te WC. Postupak je pogodan za manje komade velike složenosti oblika.
* Kompaktiranje valjanjem: na taj se način izrađuju trake od legura za meke magnete.
* Kovanje praha (engl. *Powder Forging*): prethodi izrada komada konvencionalnim prešanjem u kalupu. Nakon toga slijedi toplo kovanje u zatvorenom ukovnju, kako bi se dovoljnom deformacijom metala gotovo potpuno eliminirale pore (automobilska industrija).
* Vruće izostatičko prešanje (engl. *Hot Isostatic Pressing*): objedinjene su operacije kompaktiranja i sinteriranja.
* Injekcijsko oblikovanje u polučvrstom stanju (engl. *Semi-Solid Injection Moulding*): postupak prešanja iz tjestastog stanja koji objedinjuje elemente tlačnog lijevanja i injekcijskog prešanja plastomera. Ovaj postupak je najprije ispitan i uveden za magnezijeve legure, a mogu se još oblikovati aluminijske i cinkove legure. Za razliku od drugih postupka, ovdje se ne koristi vezivo za metalni prah i nije potrebno sinteriranje.
* Oblikovanje naštrcavanjem (engl. *Spray-Forming Technique*): izvodi se kontroliranim naštrcavanjem taljevine materijala, atom po atom, na odgovarajući kalup pomičan u više osi. Taj je postupak prikladan za predmete manjih dimenzija od teško topljivih materijala, koji se izrađuju pojedinačno ili u malim serijama.

Temperature sinteriranja nekih metala i legura
| Metali i legure
 | Temperatura sinteriranja, K
 | °C
 |
| --- | --- | --- |
| Aluminij i legure
 | 673 - 773
 | 400 - 500
 |
| Magnezij i legure
 | 573 - 673
 | 300 - 400
 |
| Bakar
 | 1073 – 1153
 | 800 - 880
 |
| Mjedi
 | 923 - 1123
 | 650 - 850
 |
| Legura nikla i mjedi
 | 1023 – 1173
 | 750 - 900
 |
| Legura bakra i nikla
 | 1173 – 1273
 | 900 - 1000
 |
| Nikal
 | 1383 – 1433
 | 1110 – 1160
 |
| Monel (Ni-Cu-Fe)
 | 1373 – 1403
 | 1100 – 1130
 |
| Inconel (Ni-Cr)
 | 1443 – 1473
 | 1170 – 1200
 |
| Čelici
 | 1323 – 1523
 | 1050 – 1250
 |

## Izvori