Особенности структуры порошковых материалов.

Основное отличие порошковых материалов заключается в наличии пористости. Благодаря особенностям технологии можно задавать необходимую пористость для фильтров или самосмазываемых подшипников скольжения. Наличие пористости до 14% позволяет пропитывать детали маслом, что снижает трение и износ, уменьшает шум при работе и существенно снижает время на притирку деталей. За счет применения возможностей порошковой металлургии эксплуатационные характеристики продукции можно сделать более гибкими При реальных продолжительного спекания полной гомогенизации, т.е. однородности по составу, в случае когда сплав получают из смеси чистых компонентов, не достигается. Например, в стали ПК80 наряду с перлитной структурой могут присутствовать ферритные области, т.е. места с пониженным С, и цементитные включения.

Легированные порошковые стали отличаются еще большей структурной неоднородностью, т.к. скорость диффузии легирующих элементов ниже скорости диффузии С.

41. Влияние легирования на свойства порошковых сталей. Основой порошковых сталей (ПС) служит железо, свойства которого при спекании оказывают большое влияние на формирование структуры и св-в стали. Наряду с ПС порошковые изделия могут изготавливаться на основе одного железного порошка, а также железа, легированного другими элементами. Для получения практически беспористых изделий с повышенными механическими св-вами применяют горячее изостатическое прессование - экструзию, динамическое горячее прессование. В связи с низкой прочностью и твердостью спеченного железа, для повышения его механических св-в в Fe порошок при приготовлении порошковой смеси вводят легирующие добавки (P, Cu, Cr, Ni, Mo), а спеченные изделия подвергают ХТО: азотированию, сульфидированию, хромированию.

Cu в Fe изделия вводят непосредственно в виде порошка или при изготовлении порошковой смеси в виде лигатуры. Введение Cu=1,0–10 масс. % предел текучести и временное сопротивление материала, но несколько снижает его пластичность и вязкость. Введение Cu препятствует атмосферной коррозии. Мах прочность на разрыв достигается при массовой доле Cu=5–7 %. Cu снижает усадку материала при спекании. При одновременном легировании Ni и Cu (Ni — 4 % и Си — 2 %) прочность на разрыв образцов с пористостью 10 % достигает 400–420 МПа, удлинение —7–8 %, твердость — 120–127 НВ. Медь понижает концентрацию углерода в перлите, сдвигая точки S и Е на диаграмме железо— углерод влево. При содержании в стали до 1 % меди она способствует усадке при спекании, при дальнейшем повышении ее концентрации наблюдается рост спеченного изделия. В связи со сравнительно низкой прочностью и твердостью спеченных Fe изделий, основная масса порошковых материалов на базе Fe дополнительно легируется углеродом (C), под действием которого спеченное Fe приобретает способность закаливаться и во много раз повышать свою твердость и прочность. Повышение в ПС углерода уменьшает влияние меди на рост спеченного изделия, что достигается образованием в структуре сплава тройной железомедноуглеродистой фазы, к-ая расплавляясь при 1100°С, вызывает усадку. Введение углерода в железомедные сплавы также резко прочность порошковых изделий, причем мах возрастание св-в наблюдается при содержании меди до 5–6 % и углерода до 0,3–0,6 %. Ведение Ni в ПС приводит к мех. св-в материала, что связано как с прочности феррита, так и благоприятным воздействием Ni на состояние межчастичных границ. Ni способствует «рассасыванию» межчастичных границ, протяженности металлического контакта, усадку и плотность изделий. Ni порошковые конструкционные стали содержат обычно 0,3–0,6 % C и 1–3 % Ni.

содержания Ni снижает оптимальное содержание C. В связи с тем, что при спекании вызывает большую усадку, для получения безусадосньх изделий с высокими мех. св-вами ПС легируют одновременно Cu и Ni. Легирование ПС Мо производится только при изготовлении ответственных тяжелонагруженных деталей. В ПС Мо вводится в кол-ве (0,2–1,0) % при изготовлении порошковой смеси в составе порошков, полученных распылением. Введение хрома в ПС положительно влияет на её св-ва. С Fe Cr образует α-γ-твердые р-ры и интерметаллидные соед-ия, к-ые появл-ся в сплаве при содержании Cr свыше 30 %. Отличительной особенностью Cr явл-ся высокая устойчивость его оксидов, T диссоциации к-ых почти достигает T плавления чистого Cr. Это осложняет процесс спекания, особенно когда Cr вводится в смесь в виде чистого порошка хрома. Наличие оксидов затрудняет диффузионные процессы, а само спекание необходимо производить при высоких T в вакууме. Поэтому структура спеченных хромсодержащих сталей отличается повышенной гетерогенностью и наличием фаз, которые по среднему составу материала не отвечают равновесной диаграмме его состояния. При изготовлении порошковых смесей марганец вводят в виде порошков ферросплавов-лигатур, а при спекании применяют остроосушенные среды и высокие Т(1200–1280 °С). Оксид марганца очень трудно восстанавливается. Поэтому его применение ограничено.

47. Отпуск порошковых сталей. Отпуск - операция ТО, связанная с нагревом закаленной стали до Т значительно ниже критической точки A_l, выдержке при этой Т до полного прогрева изделий и охлаждения. Отпуск проводится для снятия закалочных напряжений, уменьшения хрупкости стали и придания ей необходимой пластичности и вязкости.

В ПС при закалке на величину и распределения закалочных напряжений будут оказывать влияние поры, межчастичные границы, химическая неоднородность аустенита. Это влияние проявляется в крайне неравномерном распределении в изделиях внутренних напряжений, появлении их пиков в устьях пор и в других дефектах структуры, что вязкость и способствует хрупкому разрушению. Повышение прочности в закаленных сталях происходит только после отпуска с Т, обеспечивающих снятие закалочных напряжений. Установлено, что мах прочность пористых закаленных ПС достигается после проведения отпуска в интервале 200—450 °С. Усложнение состава стали приводит к более резкому падению прочности после закалки, что связано с химической неоднородности аустенита, сохранением и распадом остаточного аустенита при отпуске в интервале Т=200— 350 °С, более неоднородным распределением закалочных напряжений. Оптимальная Т отпуска связана также с пористостью; с пористости сталей, изготовленных на основе мех. смесей, хим. неоднородность аустенита , мартенсит становится более неоднороден, Т отпуска . В связи с большой хим. неоднородностью А упрочнение закаленных сталей при отпуске может вызываться также возможными процессами старения, к-ые наиболее активно протекают в интервале Т=350—450 °С.

42. ПОРОШКОВЫЕ ЛЕГИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ. Порошковые конструкционные детали на основе легированных сталей могут быть изготовлены прессованием и спеканием легированных порошков и гранул, смесей порошков Fe с порошками легирующих элементов, а также пропиткой жидкими Me пористых спеченных заготовок и диффузионным насыщением при высоких Т. При изготовлении конструкционных стальных порошковых деталей важно знать предельное содержание вводимых компонентов и влияние каждого из них на кинетику спекания, формирование структуры и св-в. Предельное суммарное содержание легирующих компонентов в порошковых конструкционных сталях не должно превышать 6... 8% (по массе). Дальнейшее увеличение этих компонентов, хотя и прочность на разрыв, но из-за гетерогенности структуры резко снижает пластичность и ударную вязкость, Если изделия изготавливают на основе смеси порошковых компонентов, то с их увеличением резко хим. и структурная неоднородности, мех. св-ва , наблюдается большая их нестабильность. В кач-ве легирующих элементов применяют Ni, Cu, Cr, Mo и др. Роль каждого из них определяется кол-венным отношением легирующего элемента к Fe и к другим легирующим элементам, а также отношением к оксидам, представляющим в большинстве случае в межчастичные границы. В ПС легирующие элементы могут находиться в свободном состоянии, образовывать твердые р-ры, карбиды, интерметаллические соед-ия и т. п. Так, Ag, Pb не образуют с Fe ни тв. р-ров, ни хим. соед-ий, и при их введении в сталь они находятся в свободном состоянии. Медь (хотя и имеет очень малую растворимость при комнатных Т) при спекании выше Т плавления 1083 °С, расплавляясь, образует жидкую фазу и благоприятно воздействует на процесс формирования структуры и св-в стали. Поэтому медь широко применяется в порошковой металлургии в качестве одного из основных легирующих компонентов.

Дата добавления: 2015-12-08